Energie budoucnosti: realita a fantazie. Alternativní zdroje energie

Není žádným tajemstvím, že prostředky použité lidstvo dnes je jistě jejich budoucí výroby a používání může vést nejen energii, ale také ke katastrofě v oblasti životního prostředí. Tradičně se používá lidstvo zdrojů - uhlí, zemního plynu a ropy - skončí po několika desetiletích, a je třeba přijmout nyní, v naší době opatření. Samozřejmě, můžeme doufat, že budeme znovu najít nějaké bohaté vklad, stejně jako v první polovině minulého století, ale vědci věří, že takové velké částky ještě. Ale v každém případě, a to i objev nových polí zpozdí jen nevyhnutelnou potřebu nalézt způsoby výroby alternativních zdrojů energie a přechod na obnovitelné zdroje, jako je vítr, sluneční energie, geotermální energie, vodní toky, atd, a kromě toho, že je nezbytné pokračovat v rozvoji energeticky úsporných technologií.

V tomto článku se podíváme na některé z nejslibnějších myšlenek podle názoru moderních vědců, na nichž bude budována budoucnost energie.

Solární stanice

Lidé si dlouho mysleli, že je to možné využití sluneční energie na Zemi. Pod slunečním světlem, vyhřívanou vodou, sušenými oděvy a keramikou před tím, než byla odeslána do trouby, tyto metody nelze považovat za efektivní. První technické prostředky transformující sluneční energii se objevily v 18. století. Francouzský vědec J. Buffon ukázal zkušenost, ve které se podařilo zapálit suchý strom ze vzdálenosti asi 70 metrů díky velkému konkávnímu zrcadlu za jasného počasí. Jeho krajan, slavný vědec Lavoisier, platí čoček koncentrovat sluneční energii, av Anglii vytvořil lentikulární sklo, které se zaměří sluneční paprsky taví železo v několika málo minut.

Přírodní vědci provedli mnoho experimentů, které to dokázaly energie slunce na zemi je možné. Nicméně solární baterie, která by přeměnila solární energii na mechanickou, se objevila relativně nedávno v roce 1953. Byl vytvořen vědci z Národní letecké agentury Spojených států. Již v roce 1959 byla solární baterie poprvé použita k vybavení prostorového satelitu.

Možná dokonce i tehdy, když si uvědomil, že tyto baterie v prostoru mnohem efektivněji, vědci měli představu o vytvoření prostoru solárních elektráren, protože za hodinu slunce generovat tolik energie jako celé lidstvo spotřebuje a za rok, tak proč ji nepoužívá? Jaká bude budoucí solární energie?

Na jedné straně se zdá, že využití solární energie je ideální volbou. Nicméně náklady na obrovskou vesmírnou solární stanici jsou velmi vysoké a kromě toho bude nákladné v provozu. Po čase, kdy budou zavedeny nové technologie pro dodávku nákladu do vesmíru, stejně jako nové materiály, bude realizace takového projektu možná, ale zatím můžeme používat pouze relativně malé baterie na povrchu planety. Mnozí řeknou, že to není také špatné. Ano, je možné, že v soukromém domě, ale pro napájení velkých měst, je zapotřebí buď spousta solárních článků, nebo technologie, která je činí efektivnějšími.

Existuje také ekonomická stránka problému: každý rozpočet bude trpět značně, pokud mu bude svěřena úloha přenést celé město (nebo celou zemi) na solární baterie. Mohlo by se zdát, že by mohlo být požadováno obyvatel měst zaplacení určité částky za rekonstrukci, ale v takovém případě nebudou šťastní, protože pokud lidé byli ochotni jít na tyto výdaje, by tak již učinili to sami: možnost koupit solární panel je u každého.

Co se týče sluneční energie, existuje další paradox: náklady na výrobu. Přenos solární energie do elektřiny přímo není nejúčinnější věcí. Zatím nebyla nalezena žádná metoda lépe než použití solárních paprsků na ohřev vody, která se přeměnila na páru, zase otáčí dynamo. V tomto případě je ztráta energie minimální. Lidstvo chce používat "zelené" solární panely a solární stanice, aby šetřily zdroje na místě, ale pro takový projekt bude vyžadovat obrovské množství stejných zdrojů a "ne-environmentální" energie. Například ve Francii se nedávno postavila solární elektrárna o rozloze přibližně dva kilometry čtvereční. Náklady na stavbu činily zhruba 110 milionů eur, bez počítání nákladů na provoz. Je však třeba mít na paměti, že život těchto mechanismů je přibližně 25 let.

Vítr

Větrná energie - používá se také lidé od starověku, nejjednodušším příkladem je plachtění a větrné mlýny. Větrné mlýny se používají nyní, zejména jsou účinné v oblastech s konstantními větry, například na pobřeží. Vědci se neustále předložila představu o tom, jak modernizovat stávající nástroje pro přeměnu větrné energie, jeden z nich - ve formě plovoucích větrných elektráren turbíny. Vzhledem k neustálému střídání mohli „pověsit“ ve vzduchu během několika set metrů nad zemí, kde je silný vítr a konstantní. To by pomohlo při elektrifikaci venkovských oblastí, kde nelze použít standardní větrné mlýny. Takové vznášející se turbíny by navíc mohly být vybaveny internetovými moduly, které by lidem umožnily přístup ke světovému webu.

Příliv a vlny

Boom pro solární a větrnou energii postupně prochází a zájem výzkumných pracovníků přitahuje další přírodní energie. Slibnější je použití přílivu. Na této problematice je již zapojeno zhruba sto společností po celém světě a existuje několik projektů, které dokázaly účinnost této metody výroby elektřiny. Výhoda oproti sluneční energii je, že ztráty při převodu jedné energie na druhou jsou minimální: přílivová vlna otáčí obrovskou turbínu, která generuje elektřinu.

Dále jen „Oyster“ - myšlenka stojí na dně oceánu závěsu klapky, která bude dodávat vodu ke břehu, a tak obrátil jednoduchou vodní turbínu. Jen jedno takové zařízení by mohlo dodávat elektřinu malému mikrodistributu.

Již v Austrálii jsou úspěšně využívány přílivové vlny: v Perthu jsou instalovány odsola, které pracují na tomto typu energie. Jejich práce umožňuje zajistit přibližně půl milionu lidí s čerstvou vodou. Přírodní energii a průmysl lze také kombinovat v tomto odvětví výroby energie.

Použití přílivové energie se poněkud liší od technologií, které jsme zvyklí vidět v říčních vodních elektrárnách. HPP jsou často škodlivé pro životní prostředí: přilehlé oblasti jsou zaplaveny, ekosystém je zničen a stanice pracující na přílivových vlnách jsou v tomto ohledu mnohem bezpečnější.

Energie člověka

Jedním z nejúžasnějších projektů na našem seznamu je využití energie živých lidí. Zní to ohromující a dokonce poněkud děsivé, ale ne všechno je tak strašné. Vědci si uvědomují, jak používat mechanickou energii pohybu. Tyto projekty se týkají mikroelektroniky a nanotechnologií s nízkou spotřebou energie. Zatímco to zní jako utopie, neexistuje žádný skutečný vývoj, ale myšlenka je velmi zajímavá a nezanechává myšlenku vědců. Souhlasíte s tím, že velmi pohodlná budou zařízení, která jako hodinky s automatickým vinutím budou nabíjeny z toho, co je přeneseno na senzorový prst nebo ze skutečnosti, že tablet nebo telefon právě visí v tašce při chůzi. Nemluvě o oděvech, které naplněné různými mikro-zařízeními mohly přeměnit energii pohybu člověka na elektřinu.

V Berkeley, například v laboratoři společnosti Lawrence, se vědci snažili zavést myšlenku použití virů k přeměně energie na elektrickou energii. Existují také malé mechanismy, které fungují z provozu, ale zatím nebyla tato technologie dodána do toku. Ano, s celosvětovou energetickou krizí se to nedokáže vyrovnat: kolik lidí bude muset "pedálovat", aby celá rostlina fungovala? Ale jako jedno z opatření používaných v komplexu je teorie zcela životaschopná.

Zejména jako technologii, aby byly účinné v těžko přístupných místech, v polárních stanicích, v horách a lesích, mezi cestovateli a turisty, kteří ne vždy mají možnost účtovat svůj gadget, ale zůstat v kontaktu, je důležité, a to zejména v případě, že skupina byla v kritické situaci. Kolik by se dalo předejít, kdyby lidé měli vždy spolehlivé komunikační zařízení, které nezávisí na "zásuvce".

Vodíkové palivové články

Možná, že každý majitel automobilu, který se díval na ukazatel množství benzínu, který se blíží nule, měl představu o tom, jak skvělé by bylo, kdyby vozidlo pracovalo na vodě. Ale jeho atomy se dnes vědcům objevují jako skutečné energetické objekty. Faktem je, že částice vodíku - nejběžnější plyn ve vesmíru - obsahují obrovské množství energie. Kromě toho motor spaluje tento plyn téměř bez vedlejších produktů, to znamená, že dostáváme velmi šetrné palivo.

Vodík je poháněn některými ISS moduly a člunky, ale na Zemi existuje především ve formě sloučenin, jako je voda. V osmdesátých letech v Rusku došlo k vývoji letadel s využitím vodíku jako paliva, tyto technologie se dokonce používaly v praxi a experimentální modely se ukázaly jako účinné. Když se vodík oddělí, přesune se do speciálního palivového článku, po němž je možné přímo generovat elektrickou energii. To není energie budoucnosti, je to již realita. Podobné automobily jsou již vyráběny a poměrně velké množství. Honda, aby zdůraznila univerzálnost zdroje energie a vůz jako celek, provedl experiment, ve kterém bylo auto propojeno s elektrickou domácí sítí, ale nikoliv za účelem dobíjení. Auto může dodávat energii do soukromého domu po dobu několika dní, nebo řídit bez doplňování paliva téměř pět set kilometrů.

Jedinou nevýhodou takového zdroje energie v současné době je poměrně vysoká cena takových ekologických strojů a samozřejmě poměrně malý počet vodíkových čerpacích stanic, avšak v mnoha zemích je jejich stavba již plánována. Například v Německu již existuje plán na instalaci sto čerpacích stanic do roku 2017.

Zemní teplo

Přeměna tepelné energie na elektřinu je podstatou geotermální energie. V některých zemích, kde je použití jiných průmyslových odvětví obtížné, je využíváno poměrně široce. Na Filipínách například 27% veškeré elektřiny spadá na geotermální stanice a na Islandu to je asi 30%. Podstatou této metody extrakce energie je poměrně jednoduchá, mechanismus je podobný jako jednoduchý parní stroj. Před navrhovaným "jezerem" magmatu je nutné vyvrtávat studnu, kterou je dodávána voda. Po kontaktu s horkým magmem se voda okamžitě změní na páru. Vystupuje, kde otáčí mechanickou turbínou, čímž vyrábí elektřinu.

Budoucnost geotermální energie je nalezení velkých "obchodů" magie. Například, ve výše uvedeném Islandu se podařilo: žhavé magma zlomek sekundy všechny obrátil je nahrán do vody při teplotě páry asi 450 stupňů Celsia, což je absolutní rekord. Takové vysokotlaké páry a je schopný zvýšit účinnost geotermální stanice několikrát, to může stát impulsem pro rozvoj geotermální energie po celém světě, a to zejména v oblastech, nasycené sopky a termálních pramenů.

Použití jaderného odpadu

Jaderná energie ve své době způsobila skutečný pocit. Takže až do doby, kdy si lidé uvědomí nebezpečí tohoto energetického sektoru. Nehody jsou možné, nikdo z těchto případů není imunní, ale jsou velmi vzácné, ale radioaktivní odpad se jeví jako stabilní a až do nedávné doby vědci nemohli vyřešit tento problém. Faktem je, že uranové tyče jsou tradičním "palivem" jaderných elektráren, lze je použít pouze o 5%. Po vývoji této malé části je celá tyč zaslána do "skládky".

Dříve byla použita technologie, ve které byly pruty ponořeny do vody, což zpomaluje neutrony a podporuje stabilní reakci. Namísto vody se místo toho používá tekutého sodíku. Tato náhrada umožňuje nejen využití celého objemu uranu, ale také zpracování desítek tisíc tun radioaktivního odpadu.

Je důležité zachránit planetu před jaderným odpadem, ale v samotné technologii existuje jeden "ale". Uran se odkazuje na zdroje a jeho zásoby na Zemi jsou konečné. V případě, že celá planeta přeložit výhradně na energie získané z jaderné energie (například v americké jaderné elektrárny vyrábějí pouze 20% z celkové spotřeby elektrické energie), budou zásoby uranu vyčerpána poměrně rychle, a to opět povede lidstvo na prahu energetické krize, aby jaderná energie , ačkoli modernizované, pouze dočasné opatření.

Rostlinné palivo

Dokonce i Henry Ford, který vytvořil svůj model T, doufal, že už bude pracovat na biopalivech. Nicméně, zatímco na nových ropných polích byly objeveny, a potřebu alternativních zdrojů energie zmizela po dobu několika desítek let, ale nyní je zpět.

Během posledních patnácti let se rostlinné palivo, jako je ethanol a bionafta, zvýšilo několikanásobně. Používají se jako nezávislé zdroje energie a jako přísady do benzinu. Před nějakou dobou byly naděje kladeny na zvláštní kulturu prolínu nazvanou "canola". Je zcela nevhodný pro potraviny, a to jak pro člověka, tak i pro hospodářská zvířata, ale má vysoký obsah oleje. Z tohoto oleje začal vyrábět "bionaftu". Ale tato kultura bude trvat příliš mnoho prostoru, pokud se pokusíte pěstovat tolik, abyste poskytli palivo pro alespoň část planety.

Nyní vědci začali mluvit o používání řas. Jejich obsah oleje činí asi 50%, což usnadní těžbu ropy a odpad může být přeměněn na hnojiva, na základě čehož budou vyráběny nové řasy. Tato myšlenka je považována za zajímavou, avšak její životaschopnost dosud nebyla prokázána: zveřejnění úspěšných experimentů v této oblasti dosud nebylo zveřejněno.

Termonukleární fúze

Budoucí energie světa podle moderních vědců je bez technologie bezmála termonukleární fúze. To je v současné době nejslibnější vývoj, který je již investován do miliard dolarů.

V jaderných elektrárnách se využívá štěpné energie. Je to nebezpečné, protože tam je hrozba nekontrolované reakce, která zničí reaktor, a povede k uvolňování velkého množství radioaktivních látek: snad všichni pamatujeme havárii černobylské jaderné elektrárny.

V reakcích termonukleární fúze, která vyplývá z jména, se používá energie uvolněná během fúze atomů. Jako výsledek, na rozdíl od atomového štěpení, ne radioaktivní odpad.

Hlavní problém spočívá v tom, že v důsledku termonukleární syntézy vzniká látka, která má tak vysokou teplotu, že může zničit celý reaktor.

Tato energie budoucnosti je realitou. A fantazie zde nejsou na místě, momentálně stavba reaktoru již začala na území Francie. Několik miliard dolarů bylo investováno do pilotního projektu, který je financován mnoha zeměmi, včetně Číny, Japonska, Spojených států, Ruska a dalších zemí. Zpočátku byly první pokusy zahájeny v roce 2016, ale výpočty ukázaly, že rozpočet je příliš malý (místo 5 miliard, to trvalo 19) a start byl odložen na dalších 9 let. Možná, že za pár let uvidíme, jakou termonukleární sílu dokáže.

Problémy přítomnosti a možností budoucnosti

Nejen vědci, ale i sci-fi spisovatelé, dávat spoustu nápadů pro realizaci budoucnosti v oblasti energetiky, ale všichni se shodují na technologii, která dosud žádná z možností nemůže produkovat plnou podporu všem potřebám naší civilizace. Například, pokud jsou všechny automobily ve Spojených státech bude řídit biopaliva řepky pole zasadil plochu rovnající se polovině celé zemi, aniž by byla zohledněna skutečnost, že půda vhodná pro pěstování ve Spojených státech nejsou tolik.
Kromě toho jsou všechny způsoby výroby alternativní energie nákladné. Možná, že každý obyčejný městský obyvatel souhlasí s tím, že je důležité využívat obnovitelné zdroje šetrné k životnímu prostředí, avšak nikoliv v případě, kdy jim v současné době jsou známy náklady na takový přechod. Vědci stále mají hodně práce v této oblasti. Nové objevy, nové materiály, nové myšlenky - to vše pomůže lidstvo úspěšně vyrovnat se s jejich krizi dlouholetou zdrojů.

Vyřešit energetický problém planety mohou být jen složitá opatření. V některých oblastech je výhodnější využít těžbu energie pomocí větru, někde - solárních panelů a tak dále. Ale možná, hlavním faktorem bude snížení spotřeby energie obecně a vytvoření energeticky úsporných technologií. Každý by měl pochopit, že zodpovídá za planetu, a každý by si měl položit otázku: "Jakou energii si mohu vybrat pro budoucnost?"
Než se přesunete na další zdroje, musí si každý uvědomit, že je to skutečně nutné. Pouze s komplexním přístupem vyřeší problém spotřeby energie.