Бүгінгі таңда адамзат пайдаланатын ресурстардың шекті екені ешкімге құпия емес, оның үстіне оларды одан әрі өндіру және пайдалану тек энергияға ғана емес, сонымен бірге экологиялық апатқа да әкелуі мүмкін. Адамзат дәстүрлі түрде пайдаланатын ресурстар – көмір, газ және мұнай – бірнеше онжылдықтарда таусылады және шаралар қазірден бастап, біздің заманымызда қабылдануы керек. Әрине, өткен ғасырдың бірінші жартысындағыдай тағы да бай кен орнын табамыз деп үміттенуге болады, бірақ ғалымдар мұндай ірі кен орындарының енді жоқ екеніне сенімді. Бірақ кез келген жағдайда, тіпті жаңа кен орындарының ашылуы болмай қоймайтын нәрсені кейінге қалдырады, баламалы энергияны өндіру және жел, күн, геотермалдық энергия, су ағыны энергиясы және т.б. сияқты жаңартылатын ресурстарға көшу жолдарын табу қажет. бұл үшін энергия үнемдейтін технологияларды дамытуды жалғастыру қажет.
Бұл мақалада біз қазіргі ғалымдардың пікірінше, болашақ энергиясы құрылатын ең перспективалы идеяларды қарастырамыз.
Күн станциялары
Адамдар көптен бері энергияны пайдалануға болады ма деген сұрақ туындадыжердегі күн. Суды күн астында қыздырды, пешке жіберер алдында киім мен керамика кептірілді, бірақ бұл әдістерді тиімді деп атауға болмайды. Күн энергиясын түрлендіретін алғашқы техникалық құралдар 18 ғасырда пайда болды. Француз ғалымы Дж. Буффон ашық ауа райында 70 метрдей қашықтықтан құрғақ ағашты үлкен ойыс айнаның көмегімен тұтандыруға қол жеткізген тәжірибе көрсетті. Оның отандасы, атақты ғалым А. Лавуазье күн энергиясын шоғырландыру үшін линзаларды қолданды, ал Англияда екі беті дөңес шыны жасады, ол күн сәулесін шоғырландыру арқылы шойынды бірнеше минутта ерітеді.
Табиғаттанушылар күн энергиясын жер бетінде пайдалану мүмкін екенін дәлелдейтін көптеген тәжірибелер жүргізді. Дегенмен, күн энергиясын механикалық энергияға айналдыратын күн батареясы салыстырмалы түрде жақында, 1953 жылы пайда болды. Оны АҚШ Ұлттық аэроғарыш агенттігінің ғалымдары жасаған. 1959 жылы күн батареясы алғаш рет ғарыштық спутникті жабдықтау үшін пайдаланылды.
Мүмкін сол кезде де мұндай аккумуляторлар ғарышта әлдеқайда тиімдірек екенін түсінген ғалымдар ғарыштық күн станцияларын құру идеясын ұсынды, өйткені бір сағатта күн бүкіл адамзат сияқты энергия шығарады. бір жылда тұтынбайды, сондықтан оны неге қолданбасқа? Болашақтың күн энергиясы қандай болады?
Бір жағынан күн энергиясын пайдалану тамаша нұсқа сияқты. Дегенмен, орасан зор ғарыштық күн станциясының құны өте жоғары, оның үстіне оны пайдалану қымбатқа түседі. Соныменғарышқа жүктерді жеткізудің жаңа технологиялары, сондай-ақ жаңа материалдар енгізілген уақытта, мұндай жобаны жүзеге асыру мүмкін болады, бірақ әзірге біз планетаның бетінде салыстырмалы түрде шағын батареяларды ғана пайдалана аламыз. Көпшілік мұның да жақсы екенін айтады. Иә, бұл жеке үй жағдайында мүмкін, бірақ ірі қалаларды энергиямен қамтамасыз ету үшін сәйкесінше не көп күн батареялары қажет, не оларды тиімдірек ететін технология қажет.
Мәселенің экономикалық жағы да осында бар: кез келген бюджетке бүкіл қаланы (немесе бүкіл елді) күн батареяларына айналдыру міндеті сеніп тапсырылса, үлкен шығынға ұшырайды. Қала тұрғындарын қайта жабдықтау үшін белгілі бір соманы төлеуге міндеттеуге болатын сияқты, бірақ бұл жағдайда олар наразы болады, өйткені адамдар мұндай шығындарды жасауға дайын болса, олар мұны баяғыда жасаған болар еді: Әркімнің күн батареясын сатып алу мүмкіндігі бар.
Күн энергиясына қатысты тағы бір парадокс бар: өндіріс шығындары. Күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыру ең тиімді нәрсе емес. Осы уақытқа дейін суды жылыту үшін күн сәулелерін пайдаланудан басқа жақсы жол табылған жоқ, ол буға айналады, өз кезегінде динамоны айналдырады. Бұл жағдайда энергия шығыны аз болады. Адамзат жердегі ресурстарды сақтау үшін «жасыл» күн панельдері мен күн станцияларын пайдаланғысы келеді, бірақ мұндай жоба бірдей ресурстардың және «жасыл емес» энергияның үлкен көлемін қажет етеді. Мысалы, Францияда жақында екі шаршы шақырым аумақты алып жатқан күн электр станциясы салынды. Құрылыс құны операциялық шығындарды есептемегенде шамамен 110 миллион еуроны құрады. Осының бәрін ескере отырып, мұндай механизмдердің қызмет ету мерзімі шамамен 25 жыл екенін есте ұстаған жөн.
Жел
Жел энергиясын да адамдар ерте заманнан бері пайдаланып келеді, ең қарапайым мысал – желкенді жүзу мен жел диірмендері. Жел диірмендері әлі де қолданылады, әсіресе желдер тұрақты жерлерде, мысалы, жағалауда. Ғалымдар жел энергиясын түрлендіруге арналған қолданыстағы құрылғыларды жаңарту туралы идеяларды үнемі алға тартады, олардың бірі - жел турбиналары түріндегі жел турбиналары. Тұрақты айналудың арқасында олар жел күшті және тұрақты болатын жерден бірнеше жүз метр қашықтықта ауада «ілініп» қала алды. Бұл стандартты жел диірмендерін пайдалану мүмкін емес ауылдық елді мекендерді электрлендіруге көмектесер еді. Бұған қоса, мұндай қалықтайтын турбиналарды Интернет модульдерімен жабдықтауға болады, бұл адамдарға World Wide Web-ке қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Толқындар мен толқындар
Күн және жел энергиясының бумі бірте-бірте әлсіреп, басқа да табиғи энергия зерттеушілердің қызығушылығын тудырды. Неғұрлым перспективалы - бұл ағындарды пайдалану. Қазірдің өзінде әлем бойынша жүзге жуық компания бұл мәселемен айналысады және бұл тау-кен әдісінің тиімділігін дәлелдеген бірнеше жобалар бар.электр энергиясы. Күн энергиясынан артықшылығы - бір энергияны екіншісіне беру кезіндегі жоғалтулар минималды: толқын толқыны электр энергиясын өндіретін үлкен турбинаны айналдырады.
Project Oyster – мұхит түбіне суды жағаға әкелетін топсалы клапан орнату идеясы, осылайша қарапайым гидротурбинаны айналдырады. Осындай бір қондырғы ғана шағын шағын ауданды электрмен қамтамасыз ете алады.
Қазірдің өзінде Австралияда толқын толқындары сәтті қолданылуда: Перт қаласында энергияның осы түрімен жұмыс істейтін тұзсыздандыру қондырғылары орнатылған. Олардың жұмысы жарты миллионға жуық адамды тұщы сумен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Табиғи энергия мен өнеркәсіпті осы энергия өндіру өнеркәсібінде де біріктіруге болады.
Толқындық энергияны пайдалану біз өзен су электр станцияларында көрген технологиялардан біршама ерекшеленеді. Көбінесе су электр станциялары қоршаған ортаға зиянын тигізеді: іргелес аумақтар су астында қалады, экожүйе бұзылады, бірақ толқындармен жұмыс істейтін станциялар осыған байланысты әлдеқайда қауіпсіз.
Адам энергиясы
Біздің тізімдегі ең фантастикалық жобалардың бірі тірі адамдардың энергиясын пайдалану деп атауға болады. Бұл таңқаларлық және тіпті біршама қорқынышты естіледі, бірақ бәрі соншалықты қорқынышты емес. Ғалымдар қозғалыстың механикалық энергиясын пайдалану идеясын жоғары бағалайды. Бұл жобалар аз қуат тұтынатын микроэлектроника және нанотехнологиялар туралы. Бұл утопия сияқты көрінгенімен, нақты оқиғалар жоқ, бірақ идея өте жақсықызықты және ғалымдардың санасынан кетпейді. Келісемін, автоматты орамасы бар сағаттар сияқты сенсорды саусақпен сырғыту немесе планшет немесе телефон серуендеу кезінде сөмкеде салбырап тұруы үшін зарядталатын құрылғылар өте ыңғайлы болады. Түрлі микроқұрылғылармен толтырылған киімдерді айтпағанда, адам қозғалысының энергиясын электр энергиясына айналдыра алады.
Мысалы, Берклиде, Лоуренс зертханасында ғалымдар қысым энергиясын электр энергиясына түрлендіру үшін вирустарды пайдалану идеясын жүзеге асыруға тырысты. Қозғалыс арқылы жұмыс істейтін шағын механизмдер де бар, бірақ әзірге мұндай технология іске қосылмаған. Иә, жаһандық энергетикалық дағдарысты бұлай шешу мүмкін емес: бүкіл зауыт жұмыс істеуі үшін қанша адам «саудаға» барады? Бірақ комбинацияда қолданылатын шаралардың бірі ретінде теория өте өміршең.
Әсіресе мұндай технологиялар жету қиын жерлерде, полярлық станцияларда, таулар мен тайгаларда, гаджеттерін зарядтауға әрдайым мүмкіндігі бола бермейтін саяхатшылар мен туристер арасында тиімді болады, бірақ байланыста болу керек. маңызды, әсіресе топ сыни жағдайға тап болған жағдайда. Адамдарда әрқашан «штепсельдік штепсельге» тәуелді емес сенімді байланыс құрылғысы болса, оның алдын алуға болатын еді.
Сутегі отын элементтері
Бензин мөлшерінің нөлге жақындағанын көрсететін индикаторға қарап, әрбір көлік иесі болған шығар. Егер көлік суда жүрсе, қандай керемет болар еді деген ой. Бірақ қазір оның атомдары энергияның нақты объектілері ретінде ғалымдардың назарына түсті. Ғаламдағы ең көп таралған газ - сутегі бөлшектерінде энергияның үлкен мөлшері бар. Оның үстіне қозғалтқыш бұл газды жанама өнімдерсіз жағады, яғни біз өте экологиялық таза отын аламыз.
Сутегі кейбір ХҒС модульдері мен шаттлдары арқылы қоректенеді, бірақ Жерде ол негізінен су сияқты қосылыстар түрінде болады. Сексенінші жылдары Ресейде сутекті отын ретінде пайдаланатын ұшақтардың әзірлемелері болды, бұл технологиялар тіпті тәжірибеге енгізілді, тәжірибелік үлгілер олардың тиімділігін дәлелдеді. Сутегі бөлінгенде, ол арнайы отын ұяшығына ауысады, содан кейін электр энергиясын тікелей өндіруге болады. Бұл болашақтың энергиясы емес, бұл қазірдің өзінде шындық. Ұқсас машиналар қазірдің өзінде шығарылып жатыр және айтарлықтай үлкен партиялар. Honda энергия көзінің және тұтастай алғанда автомобильдің әмбебаптығын атап өту үшін эксперимент жүргізді, соның нәтижесінде автомобильді қайта зарядтау үшін емес, үй электр желісіне қосылды. Автокөлік жеке үйді бірнеше күн бойы қуаттай алады немесе жанармай құймай бес жүз шақырымдай жүре алады.
Қазіргі уақытта мұндай энергия көзінің бірден-бір кемшілігі - мұндай экологиялық таза көліктердің салыстырмалы түрде жоғары құны және, әрине, сутегі станцияларының саны айтарлықтай аз, бірақ көптеген елдер оларды салуды жоспарлап отыр. Мысалы, вГерманияда 2017 жылға дейін 100 жанармай құю станциясын орнату жоспары бар.
Жердің жылуы
Жылу энергиясын электр энергиясына айналдыру геотермалдық энергияның мәні болып табылады. Басқа өнеркәсіптерді пайдалану қиын кейбір елдерде ол жеткілікті түрде кеңінен қолданылады. Мысалы, Филиппинде барлық электр энергиясының 27% геотермалдық қондырғылардан алынады, ал Исландияда бұл көрсеткіш шамамен 30% құрайды. Энергияны өндірудің бұл әдісінің мәні өте қарапайым, механизмі қарапайым бу машинасына ұқсас. Магманың болжалды «көлінің» алдында су жіберілетін ұңғыманы бұрғылау қажет. Ыстық магмамен жанасқанда су бірден буға айналады. Ол механикалық турбинаны айналдыратын жерде көтеріліп, электр қуатын шығарады.
Геотермалдық энергияның болашағы магманың үлкен «дүкендерін» табу. Мысалы, жоғарыда аталған Исландияда олар сәтті болды: секундтың бір бөлігінде ыстық магма барлық айдалатын суды шамамен 450 градус Цельсий температурасында буға айналдырды, бұл абсолютті рекорд. Мұндай жоғары қысымды бу геотермиялық қондырғының тиімділігін бірнеше есе арттыра алады, ол бүкіл әлемде, әсіресе жанартаулар мен термалды бұлақтарға қаныққан аймақтарда геотермалдық энергетиканың дамуына серпін бола алады.
Ядролық қалдықтарды пайдалану
Ядролық энергия бір кезде шашырап кетті. Адамдар бұл саланың қауіптілігін түсінгенге дейін солай болдыэнергия. Жазатайым оқиғалар болуы мүмкін, мұндай жағдайлардан ешкім иммунитеті жоқ, бірақ олар өте сирек кездеседі, бірақ радиоактивті қалдықтар тұрақты түрде пайда болады және соңғы уақытқа дейін ғалымдар бұл мәселені шеше алмады. Атом электр станцияларының дәстүрлі «отыны» уран таяқшаларын тек 5% ғана пайдалана алады. Осы кішкене бөлікті өңдегеннен кейін, бүкіл штанга «полигонға» жіберіледі.
Бұрын таяқтарды суға батыратын технология қолданылған, ол нейтрондарды баяулатады, тұрақты реакцияны сақтайды. Енді судың орнына сұйық натрий қолданылды. Бұл алмастыру уранның бүкіл көлемін пайдаланып қана қоймай, ондаған мың тонна радиоактивті қалдықтарды өңдеуге мүмкіндік береді.
Ғаламшарды ядролық қалдықтардан тазарту маңызды, бірақ технологияның өзінде бір «бірақ» бар. Уран – ресурс, оның жердегі қоры шектеулі. Егер бүкіл планета тек атом электр станцияларынан алынатын энергияға ауысса (мысалы, АҚШ-та атом электр станциялары тұтынылатын барлық электр энергиясының 20% ғана өндіреді), уран қоры өте тез таусылады және бұл қайтадан адамзатқа әкеледі. энергетикалық дағдарыстың табалдырығында, сондықтан ядролық энергетика, модернизацияланған болса да, уақытша шара ғана.
Өсімдік отыны
Тіпті Генри Форд өзінің «T моделін» жасағаннан кейін ол биоотынмен жұмыс істейді деп күткен. Алайда, сол кезде жаңа мұнай кен орындары ашылып, баламалы энергия көздеріне деген қажеттілік бірнеше ондаған жылдар бойы жойылды, бірақ қазірқайта оралу.
Соңғы он бес жылда этанол және биодизель сияқты өсімдік отындарын пайдалану бірнеше есе өсті. Олар тәуелсіз энергия көздері ретінде және бензинге қоспалар ретінде пайдаланылады. Біраз уақыт бұрын «канола» деп аталатын ерекше тары мәдениетіне үміт артылды. Ол адам немесе мал азығына мүлдем жарамсыз, бірақ оның құрамында май мөлшері жоғары. Осы мұнайдан олар «биодизель» шығара бастады. Бірақ планетаның кем дегенде бір бөлігін отынмен қамтамасыз ету үшін жеткілікті мөлшерде өсіруге тырыссаңыз, бұл дақыл тым көп орын алады.
Қазір ғалымдар балдырларды пайдалану туралы айтып жатыр. Олардың майлылығы шамамен 50% құрайды, бұл мұнайды алуды жеңілдетеді, ал қалдықтарды тыңайтқышқа айналдыруға болады, соның негізінде жаңа балдырлар өсіріледі. Идея қызықты деп саналады, бірақ оның өміршеңдігі әлі дәлелденген жоқ: бұл саладағы сәтті эксперименттердің жарияланымы әлі жарияланған жоқ.
Fusion
Әлемнің болашақ энергиясы, қазіргі ғалымдардың пікірінше, термоядролық синтез технологияларынсыз мүмкін емес. Бұл қазірдің өзінде миллиардтаған доллар инвестицияланып жатқан ең перспективалы даму.
Атом электр станциялары бөліну энергиясын пайдаланады. Бұл қауіпті, өйткені реакторды бұзып, орасан зор радиоактивті заттардың бөлінуіне әкелетін бақыланбайтын реакция қаупі бар: Чернобыль атом электр станциясындағы апат бәрінің есінде шығар.
Файционды реакциялардаАты айтып тұрғандай атомдардың қосылуы кезінде бөлінетін энергия пайдаланылады. Нәтижесінде атомдық бөлінуден айырмашылығы, радиоактивті қалдықтар түзілмейді.
Негізгі мәселе балқыту нәтижесінде бүкіл реакторды бұза алатындай жоғары температурасы бар зат түзіледі.
Бұл болашақ энергиясы шындық. Ал қиял бұл жерде орынсыз, қазіргі уақытта Францияда реактордың құрылысы басталып кеткен. ЕО-дан басқа Қытай мен Жапония, АҚШ, Ресей және т.б. кіретін көптеген елдер қаржыландырған пилоттық жобаға бірнеше миллиард доллар инвестицияланды. Бастапқыда алғашқы эксперименттерді 2016 жылдың өзінде-ақ іске қосу жоспарланған болатын, бірақ есептеулер бюджеттің тым аз екенін көрсетті (5 миллиардтың орнына 19 қажет болды), ұшыру тағы 9 жылға шегерілді. Бәлкім, бірнеше жылдан кейін біз синтез қуатының не істей алатынын көреміз.
Қазіргі күннің қиындықтары мен болашаққа арналған мүмкіндіктер
Ғалымдар ғана емес, сонымен бірге фантаст-жазушылар да энергетикада болашақ технологияны енгізу туралы көптеген идеяларды береді, бірақ әзірге ұсынылған нұсқалардың ешқайсысы біздің өркениеттің барлық қажеттіліктерін толығымен қанағаттандыра алмайтынымен бәрі келіседі. Мысалы, Америка Құрама Штаттарындағы барлық автокөліктер биоотынмен жұмыс істейтін болса, штаттарда ауыл шаруашылығына қолайлы жер көп болмағанына қарамастан, рапс алқаптары бүкіл елдің жартысына тең аумақты қамтуы керек еді. Оның үстіне әзірге өндірістің барлық әдістерібаламалы энергия – жолдар. Бәлкім, әрбір қарапайым қала тұрғыны экологиялық таза, жаңартылатын ресурстарды пайдалану маңызды екендігімен келісетін шығар, бірақ олар қазіргі уақытта мұндай ауысудың құнын айтқан кезде емес. Бұл салада ғалымдардың әлі де атқарар жұмысы көп. Жаңа ашылулар, жаңа материалдар, жаңа идеялар – мұның бәрі адамзатқа келе жатқан ресурстық дағдарысты сәтті жеңуге көмектеседі. Ғаламшардың энергетикалық мәселесін кешенді шаралар арқылы ғана шешуге болады. Кейбір аймақтарда жел энергиясын өндіруді пайдалану ыңғайлырақ, бір жерде - күн батареяларын және т.б. Бірақ, бәлкім, негізгі фактор жалпы энергия тұтынуды азайту және энергияны үнемдейтін технологияларды құру болуы мүмкін. Әрбір адам өзінің планета үшін жауапты екенін түсінуі керек және әрқайсысы өзіне «Мен болашақ үшін қандай энергияны таңдаймын?» деген сұрақты қоюы керек. Басқа ресурстарға көшпес бұрын әркім мұның шынымен қажет екенін түсінуі керек. Тек кешенді тәсілмен ғана энергияны тұтыну мәселесін шешуге болады.
