אנרגיה בעתיד: מציאות ופנטזיה. מקורות אנרגיה חלופיים

זה לא סוד כי המשאבים שבהם האנושות היום הוא בהחלט יותר של ייצור ושימוש עתידם יכול להוביל לא רק אנרגיה, אלא גם לאסון סביבתי. משמש באופן מסורתי על ידי אנושות משאבים - פחם, נפט וגז - תסתיים לאחר כמה עשורים, ואמצעי יש לנקוט כעת, ב שלנו זמן. כמובן, אנחנו יכולים לקוות כי נוכל שוב למצוא כמה עשירי פיקדון, כמו גם בחצי הראשון של המאה שעברה, אך מדענים מאמינים כי כזה גדול פיקדונות יותר. אבל בכל מקרה, גם גילוי שדות חדשים רק יעכב את הצורך הבלתי נמנע כדי למצוא דרכים לייצר אנרגיה חלופית, ומעבר למקורות מתחדשים כמו רוח, שמש, אנרגיה גיאותרמית, מים זורמים, וכו ', ובנוסף לכך יש צורך להמשיך את הפיתוח של טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה.

במאמר זה נבחן כמה מן המבטיחים ביותר, לדעת חוקרים מודרניים, הרעיונות שעליהם לבנות את העתיד של אנרגיה.

תחנות סולאריות

לאנשים יש זמן מחשבה לגבי השאלה אם אפשר להשתמש בשמש של אנרגיה על כדור הארץ. תחת מי שמש מחוממת חרס בגדים יבש לפני שליחתו בתנור, עם זאת, שיטות אלה לא יכולים להיקרא יעילות. האמצעי הטכני הראשון, אשר להמיר אנרגיה סולארית יצא במאה ה -18. מדען צרפתי בופון, הניסיון מלמד, שבה ניהל בעזרת מראה קעורה גדולה במזג אוויר בהיר כדי להצית את העץ היבש ממרחק של כ 70 מטרים. ארצו שלו, את לבואזיה המדען המפורסמת, להחיל עדשות לרכז את האנרגיה של השמש, וכן באנגליה יצרה זכוכית עדשה כי על ידי התמקדות הקרן השמש נמסה ברזל בתוך מספר דקות.

נטורליסטים ערכו ניסויים רבים אשר הוכיחו כי השימוש באנרגיה סולארית על אדמות אפשריות. עם זאת, תאים סולריים כי היה הופך את אנרגיית השמש לאנרגיה מכנית, הופיעו יחסית לאחרונה, בשנת 1953. הוא נוצר על ידי החוקרים בסוכנות הלאומית לאווירונאוטיקה של ארצות הברית. כבר בשנת 1959 היה הראשון להשתמש פאנל סולארי לצייד הלוויין בחלל.

אולי גם אז, להבין כי סוללות כאלה בחלל ביעילות רבה יותר, המדענים היו הרעיון של יצירת צמחים סולארית בחלל, כי בעוד שעה השמש להפקת אנרגיה ככל כולה צורכת האנושות ולשנה, אז למה לא להשתמש בו? מה יהיה עתידה של אנרגיה סולארית?

מצד אחד נראה כי שימוש סולארית אנרגיה הוא אידיאלי. עם זאת, העלות של מפעל סולארי בחלל ענק היא גבוהה מאוד, ויתר על כן, זו דרך לפעול. במשך הזמן, כמו טכנולוגיות חדשות עבור משלוח של טובין יהיה להכניס החלל, כמו גם חומרים חדשים, יישום פרויקט כזה יהיה אפשרי, אבל אנחנו יכולים להשתמש רק לוחות קטנים יחסית על פני השטח של כוכב הלכת. רבים יאמרו שזה חבל. כן, זה אפשרי בבית פרטי, אבל עבור אספקת החשמל של ערים גדולות, בהתאמה, חייב להיות סט של פנלים סולאריים, טכנולוגיה שתהפוך אותם יותר יעילים.

הצד הכלכלי של העניין הוא גם בהווה: כל תקציב יסבול אם זה יהיה מוטל לתרגם את כל העיר (או המדינה) על הפנלים סולאריים. נראה כי עשוי להידרש של תושבי ערים משלמים כמה סכום עבור השיפוץ, אבל במקרה הזה הוא יהיה אומלל, כי אם אנשים היו מוכנים ללכת על הוצאות כאלה, הם כבר מזמן היו עושים זאת בעצמם: היכולת לקנות פנל סולארי היא לכולם.

לגבי אנרגיה סולארית יש פרדוקס נוסף: עלויות ייצור. אנרגיית השמש ישירות לתוך תרגום חשמל - לא הדבר הכי יעיל. עדיין לא מצאה דרך טובה יותר מאשר להשתמש קרני השמש לחימום מים, אשר הופך קיטור אשר בתורו מניע את דינמו. במקרה זה, אובדן אנרגיה מינימאלי. האנושות רוצה להשתמש "ירוק" פאנלים סולאריים תחנה סולארית, כדי לחסוך במשאבים על הקרקע, אבל עבור פרויקט זה ידרוש כמות עצומה של משאבים אותה, ואת האנרגיה "הלא-אקולוגי". לדוגמא, תחנת כוח סולארית עם שטח של כשני קילומטרים רבועים נבנתה לאחרונה בצרפת. עלות הבנייה הייתה כ -110 מיליון יורו, לא כולל את עלות הניתוח. עם כל זה צריך לזכור כי החיים של מנגנונים כאלה הם כ 25 שנים.

רוח

אנרגית רוח - משמשת גם על ידי אנשים מאז ימי קדם, הדוגמא הפשוטה ביותר היא השיט בטחנות רוח. טחנות רוח להשתמש היום, הם יעילים במיוחד באזורים עם רוחות קבועות, כגון בחוף. מדענים כל הזמן לשים קדימה רעיונות איך לחדש את הכלים הקיימים להמרת אנרגיית רוח, אחד מהם - בצורת טורבינות טורבינות רוח צף. בשל מתמיד סיבוב שיוכלו "לתלות" באוויר בתוך כמה מאות מטרים מן הקרקע, איפה הרוח חזקה מתמיד. זה יעזור ב חשמול של הכפרי באזורים, שבהם אי אפשר להשתמש קונבנציונאלי רוח טורבינות. בנוסף, אלה הצף טורבינות יצויד אינטרנט מודולים שבה ייעשה כדי להבטיח לאנשים של גישה World Wide Web.

Tides וגלי

גאויות אנרגיה סולארית ורוח מתרחשות בהדרגה, ואת משכה העניין את החוקרים עוד אנרגיה טבעית. עוד מבטיח הוא להשתמש גאות ושפל. כבר עכשיו, הנושא הזה כבר בסביבות מאה חברות ברחבי העולם, ויש כמה פרויקטים הוכיחו את היעילות של שיטה זו של ייצור חשמל. היתרון על פני אנרגיה סולארית הוא כי האובדן בתרגום של אנרגיה אחת לאחרת הוא מינימאלי: גל גאות ענק מסתובב טורבינה מייצרת חשמל.

את "אויסטר" - רעיון מוגדר על דש ציר קרקעית האוקיינוס, אשר תספק מים לחוף, ובכך הופכים את הטורבינה הידרואלקטרית פשוטה. רק התקנה אחת כזו יכולה לספק חשמל עבור שכונה קטנה.

כבר ב אוסטרליה השתמש לנחשול בהצלחה: בעיר תפלה פרת מותקן עובד על סוג זה של אנרגיה. עבודתם מאפשר מים טריים כחצי מיליון בני אדם. אנרגיה ותעשייה טבעיות ניתן לשלב גם במגזר של ייצור אנרגיה.

שימוש גא כוח שונה במקצת מן הטכנולוגיה שאנחנו רגילים לראות ב נהר אנרגית מי צמחים. HPP הוא לעתים קרובות מזיק לסביבה: וסביבתה המוצפת, הרסה את המערכת האקולוגית, אך צמחים המשתמשים נחשולי ענק, מבחינה זו, הרבה יותר בטוח.

אדם האנרגיה

אחד העם חי שימוש באנרגית פרויקטים הנפלא ביותר שאתה יכול לקרוא ברשימה שלנו. נשמע מדהים עוד יותר מפחיד, אבל לא כל כך מפחיד. מדענים להוקיר את הרעיון של אופן השימוש באנרגיה המכאנית של תנועה. זהו בפרויקטים אלה על המיקרואלקטרוניקה ננוטכנולוגיה עם צריכת חשמל נמוכה. למרות שזה נשמע כמו אוטופיה, אין התפתחות אמיתית, אבל הרעיון הוא מאוד מעניין ואינו מותיר במוחם של מדענים. מסכים, המכשיר יהיה מאוד נוח, כי כמו שעון עם podzavodkoy האוטומטי יחויב מעובדת אצבע חיווט החיישן, או בטאבלט או בטלפון פשוט נתקע בתוך השקית בעת ההליכה. שלא לדבר על הבגדים, אשר מלא microdevices שונה, יכול להמיר לחשמל את האנרגיה של תנועה אנושית.

ב ברקלי במעבדה של לורנס, למשל, מדענים ניסו להביא לחיים את הרעיון להשתמש וירוסים כדי להמיר אנרגית לחץ לחשמל. מנגנונים קטנים לעבוד על התנועה, שכן ישנם, לעומת זאת, עדיין זרימת הטכנולוגיה כזו אינה מוגדרת. כן, משבר האנרגיה העולמי בדרך זו לא להתמודד: כמה אנשים יצטרכו "פדלים" כדי לגרום לזה לעבוד במפעל כולו? אבל בתור אחד האמצעים המשמשים המורכב, התאוריה היא די קיימא.

אוהב במיוחד את הטכנולוגיה כדי להיות אפקטיבי קשה להגיע לאזורים, בכל קוטב תחנות, של הרים ויער, בקרב מטיילים ותיירים אשר לא תמיד יש את יכולת תשלום גאדג'ט, אבל להישאר בקשר חשוב, במיוחד אם קבוצה באופן ביקורתי מצב. כמה דברים שניתן למנוע אם אנשים היו מאז ומתמיד מכשיר תקשורת אמין, עצמאי "מהקיר."

תא דלק מימן

אולי, כל בעלים של המכונית, בוהה כמות האור של בנזין מתקרב לאפס, יש רעיון איך זה יהיה נהדר אם המכונית פועלת על מים. אבל עכשיו האטומים שלו נפל לתוך שדה הראייה של מדענים כמו מתקני אנרגיה אמיתית. העובדה חלקיקים של מימן - גז בשפע ביותר ביקום - מכיל כמות עצומה של אנרגיה. יתר על כן, המנוע שורף את הגז עם כמעט ללא תוצרי לוואי, כלומר, אנחנו מקבלים דלקים ידידותיים מאוד לסביבה.

המימן הוא מואשם כמה מודולים של ISS לבין ההסעות, אך על פני כדור הארץ הוא קיים בעיקר בצורה של תרכובות כגון מים. בשנות השמונים ברוסיה כבר בפיתוח מטוסים כי השימוש מימן כדלק, אלה טכנולוגיות אפילו בשימוש בפועל, ועל ניסיוני מודלים הוכיחו יעילות. כאשר המימן מופרד החוצה, היא מועברת לתא דלק מיוחד, חשמל לאחר מכן ניתן שנוצר ישירות. זו אינה האנרגיה של העתיד כבר מציאות. מכוניות אלה כבר מיוצרות בכמויות גדולות למדי. חברת הונדה, על מנת להדגיש את האוניברסליות של מקור האנרגיה והמכונית בכלל, עורכת ניסוי שבו המכונה חובר לרשת החשמל הביתית, אך לא על מנת לקבל מוחדרים. המכונית יכולה לספק חשמל לבית פרטי בבית במשך כמה ימים, או כונן ללא תדלוק כמעט חמש מאות קילומטרים.

החסרון היחיד של מקור זה של אנרגיה כרגע - זו היא עלות גבוהה יחסית של מכוניות ידידותיות לסביבה כגון, וכמובן, מספר קטן יחסית של תחנות תדלוק מימן, אך במדינות רבות כבר מתוכננת הקמתם. לדוגמה, גרמניה היא כבר תוכנית להתקין מאות תחנות תדלוק על ידי 2017.

חום קרקע

ההמרה של אנרגיה תרמית לחשמל - הוא המהות של אנרגיה גיאותרמית. בחלק מהמדינות בהן היא קשה להשתמש בענפים אחרים, הוא משמש די נרחב. לדוגמה, ב-% 27 פיליפינים מכלל החשמל נופל על תחנות כוח גיאותרמיות, ובשנת איסלנד הנתון הוא כ 30%. המהות של שיטה זו של הפקת אנרגיה היא די פשוט, המנגנון דומה מנוע קיטור פשוט. לפני מאגמה "האגם" לכאורה יש צורך לקדוח חור שדרכו המים נשאבים. במגע עם מים מאגמה הזוהר שהתהפך בבת קיטור. זה עולה שם מסובב טורבינה מכאנית, ובכך לייצר חשמל.

בעתיד אנרגיה גיאותרמית הוא למצוא "כספת" גדולה של מאגמה. לדוגמא, ב איסלנד הנ"ל זה הצליח: שבריר מאגמה הלוהט של מים הנטענים של שני כל הפך קיטור בטמפרטורה של כ 450 מעלות צלסיוס, המהווה שיא מוחלט. כזה קיטור בלחץ גבוה הוא מסוגל לשפר את היעילות של תחנת גיאותרמית מספר פעמים, זה יכול להיות התנופה לפיתוח אנרגיה גיאותרמית ברחבי העולם, בעיקר באזורים רוויים געש ומעיינות תרמיות.

שימוש בפסולת גרעינית

גרעיני אנרגיה, בזמנו, יצר סערה. זה לא היה עד, כל עוד אנשים לא מבינים את מלוא הסכנה של אנרגיה בתעשייה. תאונות אפשריות, ממקרים דומים אף אחד לא חסין, אבל הם מאוד נדירים, אבל פסולת רדיואקטיבית להופיע יציבה, עד לאחרונה, מדענים לא יכולים לפתור את הבעיה הזו. העובדה מוטות אורניום - המסורתית "דלק" גרעיני כוח יכול לשמש רק 5%. לאחר פיתוח של החלק הקטן הזה של הליבה כולה נשלח "פח האשפה".

בעבר השתמש בטכניקה לפיו המוטות היו שקועות במים, מה שמאט את הנויטרונים, תוך שמירה על תגובה יציבה. עכשיו במקום מים החלו להשתמש נתרן נוזלי. החלפה זו מאפשרת לך לא רק להשתמש כל נפח של אורניום, אלא גם לעבד עשרות אלפי טונות של פסולת רדיואקטיבית.

לפטור את הכוכב של פסולת אנרגיה גרעינית היא חשובה, אבל יש אחד "אבל" על הטכנולוגיה עצמה. אורנוס מתייחס משאבים ורזרבות בעולם הם סופיים. אם כדור ארץ כולו לתרגם באופן בלעדי על האנרגיה נגזרה כוח גרעיניות (למשל, בארה"ב תחנות כוח גרעיני לייצר רק 20% מצריכת החשמל הכוללת), משאבי אורניום יהיו מותשים די מהר, וזה שוב יוביל את האנושות אל סף משבר האנרגיה, כך אנרגיה גרעינית , אם כי מודרני, אמצעי זמני בלבד.

שמן צמחי

גם הנרי פורד, יצירה "המודל T", מעריך כי היא תהיה חייבת לפעול על דלק ביולוגי. עם זאת, בעוד שדות נפט חדשים התגלו, והצורך במקורות אנרגיה חלופיים נעלם לכמה עשורים, אך כיום שוב.

בחמש עשר השנים האחרונות, השימוש בדלקים צמחיים, כגון אתנול וביו-דיזל, גדל מספר פעמים. הם משמשים כמקורות כוח עצמאיים, ו כתוסף בנזין. לפני זמן מה, התקוות שנתלו תרבות דוחן מיוחד, המכונה "קנולה". זה אינו מתאים לחלוטין כמזון או בני אדם או חיות, אבל יש תכולת שמן גבוהה. השמן ופלדת הפקה "ביודיזל". אבל זו התרבות תופסת יותר מדי מקום, אם אתה מנסה לגדל אותו מספיק זמן כדי לספק דלק עבור לפחות חלק של כדור הארץ.

עכשיו מדענים מדברים על שימוש אצות. תכולת השמן שלהם של כ 50%, אשר יהיה גם לחלץ נפט בקלות, ופסולת ניתן להמיר דשן על הבסיס אשר יגדל אצות חדשות. הרעיון נחשב מעניין, אבל הכדאיות שלה טרם הוכחה כי פרסום הניסויים המוצלחים בתחום זה טרם פורסם.

היתוך גרעיני

כוח בעולם העתיד, על פי חוקרים מודרניים, אי אפשר בלי טכנולוגיה פיוז'ן. זהו, כרגע, את הפיתוח המבטיח ביותר, אשר כבר השקיעה מיליארדים דולרים.

בשנת תחנות כוח גרעיניות להשתמש חטיבת האנרגיה. זה מסוכן כי יש איום של מבוקרת תגובה שהורסת את הכור, וכן תוביל לשחרור ענק סכומי רדיואקטיביים חומרים: אולי זוכר את התאונה בבית הגרעיני בצ'רנוביל כוח צמח.

התגובות של התרמו- פיוז'ן, שרומז השם, השתמש האנרגיה המשתחררת על אטומי המפגש. כתוצאה מכך, שלא כמו ביקוע גרעיני, לא נוצר שום פסולת רדיואקטיבית.

הבעיה העיקרית היא כי ההיתוך וכתוצאה הוא חומר שיש כאלה בטמפרטורה גבוהה, אשר יכול להרוס את הכור כולו.

אנרגיה זו של העתיד - מציאות. ודמיון הוא מחוץ למקום כרגע בצרפת כבר החלה בבניית הכור. דולרים אחדים מיליארד שהושקעו בפרויקט הפיילוט, אשר ממומנת על ידי מספר מדינות, ביניהם, בנוסף לאיחוד האירופי, כולל סין, יפן, ארה"ב, רוסיה ואחרים. בתחילה, הניסויים הראשונים מתוכננים כבר להתחיל ב 2016, אך חישובים הראו כי התקציב נמוך מדי (במקום 5 מיליארדים לקחו 19), וההשקה הועברה במשך 9 שנים אחרות. אולי נוכל לראות בעוד כמה שנים, כי הוא מסוגל אנרגית היתוך.

בעיות של האפשרויות בהווה ובעתיד

לא המדענים רק, אלא גם סופרי המדע הבדיוני, לתת הרבה רעיונות למימוש בעתיד באנרגיה, אך כולם מסכימים על הטכנולוגיה כי עד כה אף אחת מהאפשרויות לא יכול לייצר את התמיכה המלאה של כל הצרכים של הציוויליזציה שלנו. לדוגמה, אם כל המכוניות בארה"ב יניעו דלק אורגני קנולה שדות נטענו באזור שווה מחצית שלמה הארץ, מבלי לקחת בחשבון את העובדה שהקרקע מתאים לגידול בארצות הברית אינם כה רבים.
יתר על כן, עד כה את כל השיטות של ייצור אנרגיה חלופית - הכבישים. אולי בכל דופן עירוני תושבים, אני מסכים שזה חשוב להשתמש נקי, מתחדש משאבים, אך לא כאשר הם מביאים לידי ביטוי את העלות של מעבר כזה כרגע. מדענים עדיין יש הרבה עבודה בתחום הזה. גילויים חדשים, חומרים חדשים, רעיונות חדשים - כל זה יעזרו לאנושות להתמודד בהצלחה עם המשבר ארוך המשאב שלהם.

לפתור את בעיות האנרגיה של כדור הארץ יכול צעדים מקיפים בלבד. באזורים מסוימים, זה יותר נוח להשתמש באנרגית ייצור מן הרוח, איפשהו - פנלים סולריים, וכן הלאה. אבל אולי הגורם העיקרי הוא להפחית את צריכת האנרגיה בכלל ויצירת טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה. כל אדם צריך להבין כי אחראי הפלנטה, וכולם צריך לשאול את השאלה: "איזה סוג של אנרגיה תבחר לעתיד?"
לפני שנפנה משאבים אחרים, כולם חייבים להבין שזה באמת הכרחי. רק גישה מקיפה תוכל לפתור את בעיית האנרגיה.