Het is geen geheim dat de hulpbronnen die tegenwoordig door de mensheid worden gebruikt eindig zijn, bovendien kan hun verdere winning en gebruik niet alleen leiden tot energie, maar ook tot milieurampen. De van oudsher door de mensheid gebruikte hulpbronnen - kolen, gas en olie - zullen over enkele decennia opraken en maatregelen moeten nu, in onze tijd, worden genomen. Natuurlijk kunnen we hopen dat we weer een rijke afzetting zullen vinden, net zoals in de eerste helft van de vorige eeuw, maar wetenschappers zijn er zeker van dat zulke grote afzettingen niet meer bestaan. Maar hoe dan ook, zelfs de ontdekking van nieuwe afzettingen zal het onvermijdelijke alleen maar vertragen, het is noodzakelijk om manieren te vinden om alternatieve energie te produceren en over te schakelen op hernieuwbare bronnen zoals wind, zon, geothermische energie, waterstroomenergie en andere, en samen met daarom is het noodzakelijk om energiebesparende technologieën te blijven ontwikkelen.
In dit artikel zullen we enkele van de meest veelbelovende, naar de mening van moderne wetenschappers, ideeën beschouwen waarop de energie van de toekomst zal worden gebouwd.
Zonnestations
Mensen vragen zich al lang af of het mogelijk is om energie te gebruikenzon op aarde. Water werd verwarmd onder de zon, kleding en aardewerk werden gedroogd voordat ze naar de oven werden gestuurd, maar deze methoden kunnen niet effectief worden genoemd. De eerste technische middelen om zonne-energie om te zetten verschenen in de 18e eeuw. De Franse wetenschapper J. Buffon toonde een experiment waarbij hij met behulp van een grote holle spiegel bij helder weer een droge boom wist te ontsteken vanaf een afstand van zo'n 70 meter. Zijn landgenoot, de beroemde wetenschapper A. Lavoisier, gebruikte lenzen om de energie van de zon te concentreren, en in Engeland creëerden ze biconvex glas, dat, door de zonnestralen te bundelen, gietijzer in slechts enkele minuten smolt.
Natuurwetenschappers voerden veel experimenten uit die bewezen dat het gebruik van zonne-energie op aarde mogelijk is. In 1953 verscheen echter relatief recent een zonnebatterij die zonne-energie zou omzetten in mechanische energie. Het is gemaakt door wetenschappers van het Amerikaanse National Aerospace Agency. Al in 1959 werd een zonnebatterij voor het eerst gebruikt om een ruimtesatelliet uit te rusten.
Misschien zelfs toen, toen ze zich realiseerden dat dergelijke batterijen veel efficiënter zijn in de ruimte, kwamen wetenschappers op het idee om zonnestations in de ruimte te maken, omdat de zon in een uur evenveel energie genereert als de hele mensheid verbruikt niet in een jaar, dus waarom dit niet gebruiken? Wat wordt de zonne-energie van de toekomst?
Aan de ene kant lijkt het gebruik van zonne-energie een ideale optie. De kosten van een enorm zonnestation in de ruimte zijn echter erg hoog en bovendien zal het duur zijn om te exploiteren. Dustijd, wanneer nieuwe technologieën voor de levering van goederen in de ruimte, evenals nieuwe materialen, zullen worden geïntroduceerd, zal de implementatie van een dergelijk project mogelijk worden, maar voorlopig kunnen we alleen relatief kleine batterijen op het oppervlak van de planeet gebruiken. Velen zullen zeggen dat dit ook goed is. Ja, het is mogelijk in de omstandigheden van een privéwoning, maar voor de energievoorziening van grote steden zijn daarom ofwel veel zonnepanelen nodig, ofwel een technologie die ze efficiënter maakt.
De economische kant van het probleem is hier ook aanwezig: elk budget zal er zwaar onder lijden als het wordt toevertrouwd met de taak om een hele stad (of een heel land) om te bouwen naar zonnepanelen. Het lijkt erop dat het mogelijk is om de inwoners van steden te verplichten een aantal bedragen te betalen voor heruitrusting, maar in dit geval zullen ze ongelukkig zijn, want als mensen bereid waren dergelijke uitgaven te doen, zouden ze het al lang geleden zelf hebben gedaan: iedereen heeft de mogelijkheid om een zonnebatterij te kopen.
Er is nog een paradox met betrekking tot zonne-energie: productiekosten. Zonne-energie direct omzetten in elektriciteit is niet het meest efficiënt. Tot nu toe is er geen betere manier gevonden dan de zonnestralen te gebruiken om water te verwarmen, dat in stoom verandert en op zijn beurt een dynamo laat draaien. In dit geval is het energieverlies minimaal. De mensheid wil "groene" zonnepanelen en zonnestations gebruiken om hulpbronnen op aarde te behouden, maar een dergelijk project zou een enorme hoeveelheid van dezelfde hulpbronnen en "niet-groene" energie vereisen. In Frankrijk is bijvoorbeeld onlangs een zonne-energiecentrale gebouwd, met een oppervlakte van ongeveer twee vierkante kilometer. De bouwkosten bedroegen ongeveer 110 miljoen euro, de exploitatiekosten niet meegerekend. Bij dit alles moet er rekening mee worden gehouden dat de levensduur van dergelijke mechanismen ongeveer 25 jaar is.
Wind
Windenergie wordt sinds de oudheid ook door mensen gebruikt, het eenvoudigste voorbeeld zijn zeilen en windmolens. Windmolens zijn nog steeds in gebruik, vooral in gebieden met constante wind, zoals aan de kust. Wetenschappers komen voortdurend met ideeën over het moderniseren van bestaande apparaten voor het omzetten van windenergie, een daarvan zijn windturbines in de vorm van zwevende turbines. Door de constante rotatie kunnen ze in de lucht "hangen" op een afstand van enkele honderden meters van de grond, waar de wind sterk en constant is. Dit zou helpen bij de elektrificatie van landelijke gebieden waar het gebruik van standaard windmolens niet mogelijk is. Bovendien zouden dergelijke torenhoge turbines kunnen worden uitgerust met internetmodules, die mensen toegang zouden geven tot het World Wide Web.
Getijden en golven
De hausse in zonne- en windenergie neemt geleidelijk af en andere natuurlijke energie heeft de interesse van onderzoekers getrokken. Veelbelovend is het gebruik van eb en vloed. Er zijn al ongeveer honderd bedrijven over de hele wereld met dit probleem bezig en er zijn verschillende projecten die de effectiviteit van deze mijnbouwmethode hebben bewezen.elektriciteit. Het voordeel ten opzichte van zonne-energie is dat de verliezen tijdens de overdracht van de ene energie naar de andere minimaal zijn: de vloedgolf laat een enorme turbine draaien, die elektriciteit opwekt.
Project Oyster is het idee om een scharnierende klep op de bodem van de oceaan te installeren die water naar de kust zal brengen, waardoor een eenvoudige hydro-elektrische turbine draait. Slechts één zo'n installatie zou elektriciteit kunnen leveren aan een klein microdistrict.
In Australië worden al met succes vloedgolven gebruikt: in de stad Perth zijn ontziltingsinstallaties geïnstalleerd die op dit soort energie werken. Met hun werk kunnen ongeveer een half miljoen mensen van vers water worden voorzien. Natuurlijke energie en industrie kunnen ook gecombineerd worden in deze energieproductie-industrie.
Het gebruik van getijdenenergie verschilt enigszins van de technologieën die we gewend zijn te zien in waterkrachtcentrales in rivieren. Waterkrachtcentrales zijn vaak schadelijk voor het milieu: aangrenzende gebieden staan onder water, het ecosysteem wordt vernietigd, maar stations die op vloedgolven werken, zijn in dit opzicht veel veiliger.
Menselijke energie
Een van de meest fantastische projecten op onze lijst kan het gebruik van de energie van levende mensen worden genoemd. Het klinkt prachtig en zelfs een beetje angstaanjagend, maar niet alles is zo eng. Wetenschappers koesteren het idee hoe ze de mechanische energie van beweging kunnen gebruiken. Deze projecten gaan over micro-elektronica en nanotechnologieën met een laag stroomverbruik. Hoewel het klinkt als een utopie, zijn er geen echte ontwikkelingen, maar het idee is erginteressant en verlaat de hoofden van wetenschappers niet. Mee eens, erg handig zullen apparaten zijn die, zoals horloges met automatisch opwinden, worden opgeladen door het feit dat de sensor met een vinger wordt geveegd, of door het feit dat een tablet of telefoon gewoon in een tas bungelt tijdens het lopen. Om nog maar te zwijgen van kleding die, gevuld met verschillende micro-apparaten, de energie van menselijke beweging kan omzetten in elektriciteit.
In Berkeley, in het laboratorium van Lawrence, probeerden wetenschappers bijvoorbeeld het idee te realiseren om virussen te gebruiken om drukenergie om te zetten in elektriciteit. Er zijn ook kleine mechanismen die worden aangedreven door beweging, maar tot nu toe is dergelijke technologie niet in gebruik genomen. Ja, de wereldwijde energiecrisis kan niet op deze manier worden aangepakt: hoeveel mensen zullen moeten "leuren" om de hele fabriek te laten werken? Maar als een van de maatregelen die in combinatie worden gebruikt, is de theorie redelijk levensvatbaar.
Vooral dergelijke technologieën zullen effectief zijn op moeilijk bereikbare plaatsen, bij poolstations, in de bergen en taiga, bij reizigers en toeristen die niet altijd de mogelijkheid hebben om hun gadgets op te laden, maar contact houden is belangrijk, vooral als de groep in een kritieke situatie kwam. Hoeveel zou er voorkomen kunnen worden als mensen altijd een betrouwbaar communicatieapparaat hadden dat niet afhankelijk was van de "stekker".
Waterstof brandstofcellen
Misschien had elke autobezitter, kijkend naar de indicator van de hoeveelheid benzine die bijna nul was,de gedachte aan hoe geweldig het zou zijn als de auto op water zou lopen. Maar nu zijn de atomen ervan onder de aandacht van wetenschappers gekomen als echte objecten van energie. Feit is dat de deeltjes waterstof - het meest voorkomende gas in het heelal - een enorme hoeveelheid energie bevatten. Bovendien verbrandt de motor dit gas vrijwel zonder bijproducten, waardoor we een zeer milieuvriendelijke brandstof krijgen.
Waterstof wordt gevoed door sommige ISS-modules en shuttles, maar op aarde bestaat het voornamelijk in de vorm van verbindingen zoals water. In de jaren tachtig waren er in Rusland ontwikkelingen van vliegtuigen met waterstof als brandstof, deze technologieën werden zelfs in de praktijk gebracht en experimentele modellen bewezen hun effectiviteit. Wanneer waterstof wordt gescheiden, gaat het naar een speciale brandstofcel, waarna direct elektriciteit kan worden opgewekt. Dit is niet de energie van de toekomst, dit is al een realiteit. Soortgelijke auto's worden al geproduceerd en in vrij grote batches. Om de veelzijdigheid van de energiebron en de auto als geheel te benadrukken, voerde Honda een experiment uit waarbij de auto wel werd aangesloten op het elektrische thuisnetwerk, maar niet om op te laden. Een auto kan een privéwoning meerdere dagen van stroom voorzien, of bijna vijfhonderd kilometer rijden zonder te tanken.
Het enige nadeel van een dergelijke energiebron op dit moment zijn de relatief hoge kosten van dergelijke milieuvriendelijke auto's, en natuurlijk een vrij klein aantal waterstofstations, maar veel landen zijn al van plan om ze te bouwen. Bijvoorbeeld inDuitsland heeft al een plan om tegen 2017 100 tankstations te installeren.
Hitte van de aarde
Thermische energie omzetten in elektriciteit is de essentie van geothermische energie. In sommige landen waar het moeilijk is om andere industrieën te gebruiken, wordt het vrij veel gebruikt. In de Filippijnen komt bijvoorbeeld 27% van alle elektriciteit uit geothermische centrales, terwijl dit in IJsland ongeveer 30% is. De essentie van deze methode van energieproductie is vrij eenvoudig, het mechanisme is vergelijkbaar met een eenvoudige stoommachine. Vóór het vermeende "meer" van magma moet een put worden geboord waardoor water wordt aangevoerd. Bij contact met heet magma verandert water onmiddellijk in stoom. Het stijgt op waar het een mechanische turbine laat draaien, waardoor elektriciteit wordt opgewekt.
De toekomst van geothermische energie is het vinden van grote "opslagplaatsen" van magma. In het eerder genoemde IJsland is dat bijvoorbeeld gelukt: in een fractie van een seconde veranderde het hete magma al het opgepompte water in stoom met een temperatuur van ongeveer 450 graden Celsius, wat een absoluut record is. Dergelijke hogedrukstoom kan de efficiëntie van een geothermische installatie meerdere keren verhogen, het kan een stimulans worden voor de ontwikkeling van geothermische energie over de hele wereld, vooral in gebieden die verzadigd zijn met vulkanen en thermale bronnen.
Gebruik van kernafval
Kernenergie maakte ooit een plons. Dus het was totdat mensen het gevaar van deze industrie beseftenenergie. Ongelukken zijn mogelijk, niemand is immuun voor dergelijke gevallen, maar ze zijn zeer zeldzaam, maar radioactief afval verschijnt gestaag en tot voor kort konden wetenschappers dit probleem niet oplossen. Feit is dat uraniumstaven - de traditionele "brandstof" van kerncentrales, slechts voor 5% kunnen worden gebruikt. Na het uitwerken van dit kleine onderdeel wordt de hele staaf naar de "stortplaats" gestuurd.
Voorheen werd een technologie gebruikt waarbij de staafjes werden ondergedompeld in water, wat neutronen vertraagt en een gestage reactie handhaaft. Nu is vloeibaar natrium gebruikt in plaats van water. Deze vervanging maakt het niet alleen mogelijk om het volledige volume uranium te gebruiken, maar ook om tienduizenden tonnen radioactief afval te verwerken.
Het is belangrijk om de planeet te ontdoen van nucleair afval, maar er is één "maar" in de technologie zelf. Uranium is een hulpbron en de reserves op aarde zijn eindig. Als de hele planeet uitsluitend wordt overgeschakeld op energie die wordt ontvangen van kerncentrales (in de Verenigde Staten produceren kerncentrales bijvoorbeeld slechts 20% van alle verbruikte elektriciteit), zullen de uraniumreserves vrij snel uitgeput raken, en dit zal de mensheid opnieuw leiden op de drempel van een energiecrisis, dus kernenergie, zij het gemoderniseerd, slechts een tijdelijke maatregel.
Plantaardige brandstof
Zelfs Henry Ford, die zijn "Model T" had gemaakt, verwachtte dat hij al op biobrandstoffen zou rijden. In die tijd werden echter nieuwe olievelden ontdekt en verdween de behoefte aan alternatieve energiebronnen gedurende enkele decennia, maar nuweer terug.
In de afgelopen vijftien jaar is het gebruik van plantaardige brandstoffen zoals ethanol en biodiesel meerdere malen toegenomen. Ze worden gebruikt als onafhankelijke energiebronnen en als additieven voor benzine. Enige tijd geleden werd de hoop gevestigd op een speciale gierstcultuur, genaamd "canola". Het is volledig ongeschikt voor menselijke of dierlijke voeding, maar het heeft een hoog oliegeh alte. Van deze olie begonnen ze "biodiesel" te produceren. Maar dit gewas neemt te veel ruimte in beslag als je er genoeg van probeert te kweken om in ieder geval een deel van de planeet van brandstof te voorzien.
Nu hebben wetenschappers het over het gebruik van algen. Hun oliegeh alte is ongeveer 50%, waardoor de olie net zo gemakkelijk te winnen is, en het afval kan worden omgezet in meststoffen, op basis waarvan nieuwe algen worden gekweekt. Het idee wordt als interessant beschouwd, maar de levensvatbaarheid ervan is nog niet bewezen: de publicatie van succesvolle experimenten op dit gebied is nog niet gepubliceerd.
Fusion
De toekomstige energie van de wereld is volgens moderne wetenschappers onmogelijk zonder thermonucleaire fusietechnologieën. Dit is momenteel de meest kansrijke ontwikkeling waarin al miljarden dollars worden geïnvesteerd.
Kerncentrales gebruiken splijtingsenergie. Het is gevaarlijk omdat er een dreiging is van een ongecontroleerde reactie die de reactor zal vernietigen en zal leiden tot het vrijkomen van een enorme hoeveelheid radioactieve stoffen: misschien herinnert iedereen zich het ongeval in de kerncentrale van Tsjernobyl.
In fusiereacties dieZoals de naam al aangeeft, wordt de energie gebruikt die vrijkomt bij de fusie van atomen. Als gevolg hiervan wordt, in tegenstelling tot atoomsplitsing, geen radioactief afval geproduceerd.
Het grootste probleem is dat door fusie een stof ontstaat die zo'n hoge temperatuur heeft dat hij de hele reactor kan vernietigen.
Deze energie van de toekomst is een realiteit. En fantasieën zijn hier ongepast, op dit moment is de bouw van de reactor al begonnen in Frankrijk. Er zijn enkele miljarden dollars geïnvesteerd in een proefproject dat wordt gefinancierd door vele landen, waaronder naast de EU ook China en Japan, de VS, Rusland en andere. Aanvankelijk zouden de eerste experimenten al in 2016 van start gaan, maar uit berekeningen bleek dat het budget te klein was (in plaats van 5 miljard, er waren er 19 nodig) en de lancering werd met nog eens 9 jaar uitgesteld. Misschien zullen we over een paar jaar zien waartoe fusie-energie in staat is.
Uitdagingen van het heden en kansen voor de toekomst
Niet alleen wetenschappers, maar ook sciencefictionschrijvers geven veel ideeën voor de implementatie van toekomstige technologie in energie, maar iedereen is het erover eens dat tot nu toe geen van de voorgestelde opties volledig aan alle behoeften van onze beschaving kan voldoen. Als bijvoorbeeld alle auto's in de Verenigde Staten op biobrandstoffen rijden, zouden koolzaadvelden een oppervlakte moeten beslaan die gelijk is aan de helft van het hele land, ongeacht het feit dat er in de Verenigde Staten niet zo veel land is dat geschikt is voor landbouw. Bovendien zijn tot nu toe alle productiemethoden alternatieve energie - wegen. Misschien is elke gewone stadsbewoner het erover eens dat het belangrijk is om milieuvriendelijke, hernieuwbare bronnen te gebruiken, maar niet wanneer ze op dit moment de kosten van zo'n overgang te horen krijgen. Wetenschappers hebben op dit gebied nog veel werk te doen. Nieuwe ontdekkingen, nieuwe materialen, nieuwe ideeën - dit alles zal de mensheid helpen om met succes de dreigende hulpbronnencrisis het hoofd te bieden. Het energieprobleem van de planeet kan alleen worden opgelost door uitgebreide maatregelen. In sommige gebieden is het handiger om windenergie op te wekken, ergens - zonnepanelen, enzovoort. Maar misschien is de belangrijkste factor de vermindering van het energieverbruik in het algemeen en het creëren van energiebesparende technologieën. Elke persoon moet begrijpen dat hij verantwoordelijk is voor de planeet, en iedereen moet zichzelf de vraag stellen: "Wat voor soort energie kies ik voor de toekomst?" Alvorens over te gaan tot andere bronnen, moet iedereen zich realiseren dat dit echt nodig is. Alleen met een integrale aanpak kan het probleem van het energieverbruik worden opgelost.
