Pole saladus, et inimkonna poolt tänapäeval kasutatavad ressursid on piiratud, pealegi võib nende edasine kaevandamine ja kasutamine kaasa tuua mitte ainult energia, vaid ka keskkonnakatastroofi. Inimkonna traditsiooniliselt kasutatavad ressursid – kivisüsi, gaas ja nafta – saavad otsa mõne aastakümne pärast ning meetmeid tuleb võtta nüüd, meie ajal. Muidugi võib loota, et leiame taas mõne rikkaliku maardla, nagu see oli eelmise sajandi esimesel poolel, kuid teadlased on kindlad, et nii suuri maardlaid enam ei eksisteeri. Kuid igal juhul lükkab isegi uute maardlate avastamine vältimatut edasi, tuleb leida viise alternatiivenergia tootmiseks ja üleminek taastuvatele ressurssidele nagu tuul, päike, maasoojus, veevooluenergia jt ning koos sellega. selleks on vaja jätkata energiasäästlike tehnoloogiate arendamist.
Selles artiklis käsitleme mõningaid tänapäevaste teadlaste arvates kõige lootustandvamaid ideid, millele rajatakse tulevikuenergia.
Päikesejaamad
Inimesed on ammu mõelnud, kas energiat on võimalik kasutadapäike maa peal. Vett soojendati päikese all, riided ja keraamika kuivatati enne ahju saatmist, kuid tõhusaks neid meetodeid nimetada ei saa. Esimesed tehnilised vahendid päikeseenergia muundamiseks ilmusid 18. sajandil. Prantsuse teadlane J. Buffon näitas katset, kus tal õnnestus kuivanud puu suure nõguspeegli abil selge ilmaga umbes 70 meetri kauguselt süüdata. Tema kaasmaalane, kuulus teadlane A. Lavoisier kasutas läätsede abil päikeseenergia kontsentreerimiseks ja Inglismaal lõi kaksikkumera klaasi, mis päikesekiiri fokusseerides sulatas malmi vaid mõne minutiga.
Loodusteadlased viisid läbi palju katseid, mis tõestasid, et päikeseenergia kasutamine Maal on võimalik. Päikesepatarei, mis muudaks päikeseenergia mehaaniliseks energiaks, ilmus aga suhteliselt hiljuti, 1953. aastal. Selle lõid USA riikliku lennundusagentuuri teadlased. Juba 1959. aastal kasutati päikesepatarei esmakordselt kosmosesatelliidi varustamiseks.
Võib-olla juba siis, mõistes, et sellised akud on kosmoses palju tõhusamad, tulid teadlased ideele luua kosmose päikesejaamad, sest tunnis toodab päike sama palju energiat kui kogu inimkond ei tarbi ära aastaga, miks siis mitte seda kasutada? Milline on tuleviku päikeseenergia?
Ühest küljest tundub, et päikeseenergia kasutamine on ideaalne võimalus. Hiiglasliku kosmosepäikesejaama maksumus on aga väga kõrge ja pealegi läheb selle käitamine kulukaks. Niisiisaeg, mil kasutusele võetakse uued tehnoloogiad kaupade kosmosesse toimetamiseks ja ka uued materjalid, saab sellise projekti elluviimine võimalikuks, kuid praegu saame planeedi pinnal kasutada vaid suhteliselt väikeseid akusid. Paljud ütlevad, et see on ka hea. Jah, eramaja tingimustes on see võimalik, kuid suurte linnade energiavarustuseks on vastav alt vaja kas palju päikesepaneele või tehnoloogiat, mis muudab need efektiivsemaks.
Siin on ka probleemi majanduslik külg: iga eelarve kannatab suuresti, kui sellele usaldatakse terve linn (või terve riik) päikesepaneelideks muutmine. Näib, et linnaelanikke on võimalik kohustada ümbervarustuse eest mingeid summasid maksma, kuid sel juhul ollakse õnnetud, sest kui inimesed oleksid valmis selliseid kulutusi tegema, oleks nad seda juba ammu ise teinud: kõigil on võimalus osta päikesepatarei.
Päikeseenergiaga seoses on veel üks paradoks: tootmiskulud. Päikeseenergia otsene muundamine elektriks ei ole kõige tõhusam. Seni pole leitud paremat viisi, kui kasutada päikesekiirgust vee soojendamiseks, mis auruks muutudes omakorda pöörleb dünamo. Sel juhul on energiakadu minimaalne. Inimkond tahab kasutada "rohelisi" päikesepaneele ja päikesejaamu maapealsete ressursside säästmiseks, kuid selline projekt nõuaks tohutul hulgal samu ressursse ja "mitterohelist" energiat. Näiteks Prantsusmaal ehitati hiljuti päikeseelektrijaam, mille pindala on umbes kaks ruutkilomeetrit. Ehituse maksumuseks kujunes ca 110 miljonit eurot, ilma tegevuskuludeta. Kõige selle juures tuleb meeles pidada, et selliste mehhanismide kasutusiga on umbes 25 aastat.
Tuul
Ka tuuleenergiat on inimesed kasutanud juba antiikajast, lihtsaim näide on purjetamine ja tuulikud. Tuulikud on kasutusel ka tänapäeval, eriti püsiva tuulega piirkondades, näiteks rannikul. Teadlased esitavad pidev alt ideid, kuidas moderniseerida olemasolevaid tuuleenergia muundamise seadmeid, üks neist on tuuleturbiinid hüppeliselt tõusvate turbiinide kujul. Pideva pöörlemise tõttu võisid need "rippuda" õhus maapinnast mitmesaja meetri kaugusel, kus tuul on tugev ja pidev. See aitaks kaasa maapiirkondade elektrifitseerimisele, kus tavatuulikute kasutamine pole võimalik. Lisaks võiks sellised hüppeliselt tõusvad turbiinid varustada Interneti-moodulitega, mis tagaksid inimestele juurdepääsu veebile.
Mõõnad ja lained
Päikese- ja tuuleenergia buum on järk-järgult hääbumas ning teadlaste huvi on äratanud muu loodusenergia. Paljutõotavam on mõõnade ja voolude kasutamine. Juba praegu tegeleb selle probleemiga sadakond ettevõtet üle maailma ning on mitmeid projekte, mis on selle kaevandamismeetodi tõhusust tõestanud.elektrit. Eelis päikeseenergia ees on see, et kaod ühe energia ülekandmisel teisele on minimaalsed: tõusulaine pöörab tohutut turbiini, mis toodab elektrit.
Project Oyster on idee paigaldada ookeani põhja hingedega klapp, mis tooks vett kaldale, muutes seeläbi lihtsa hüdroelektriturbiini. Vaid üks selline paigaldus võiks anda elektrienergiat väikesele mikrorajoonile.
Austraalias kasutatakse hiidlaineid juba eduk alt: Perthi linna on paigaldatud seda tüüpi energial töötavad magestamistehased. Nende töö võimaldab varustada mageveega umbes pool miljonit inimest. Selles energiatootmistööstuses saab ühendada ka loodusenergia ja tööstuse.
Mõõnaenergia kasutamine erineb mõnevõrra tehnoloogiatest, mida oleme harjunud nägema jõgede hüdroelektrijaamades. Sageli kahjustavad hüdroelektrijaamad keskkonda: külgnevad territooriumid on üle ujutatud, ökosüsteem hävib, kuid tõusulainetel töötavad jaamad on selles osas palju turvalisemad.
Inimenergia
Üheks fantastilisemaks projektiks meie nimekirjas võib nimetada elavate inimeste energia kasutamist. See kõlab vapustav alt ja isegi mõnevõrra hirmutav alt, kuid kõik pole nii hirmutav. Teadlased hindavad ideed, kuidas kasutada liikumise mehaanilist energiat. Need projektid käsitlevad väikese energiatarbimisega mikroelektroonikat ja nanotehnoloogiaid. Kuigi see kõlab utoopiana, pole tegelikke arenguid, kuid idee on vägahuvitav ja ei jäta teadlasi meelest. Nõus, väga mugavad on seadmed, mis, nagu automaatse mähisega kellad, laetakse selle tõttu, et andurit nihutatakse sõrmega, või sellest, et tahvelarvuti või telefon ripub kõndides lihts alt kotis. Rääkimata riietest, mis erinevate mikroseadmetega täidetud võiksid inimese liikumise energia elektriks muuta.
Näiteks Berkeleys, Lawrence'i laboris, püüdsid teadlased ellu viia ideed kasutada viiruseid rõhuenergia muundamiseks elektriks. On ka väikeseid mehhanisme, mis töötavad liikumisel, kuid seni pole sellist tehnoloogiat voolu pandud. Jah, globaalse energiakriisiga ei saa niimoodi toime tulla: kui palju inimesi peab "kauplema", et kogu tehas tööle hakkaks? Kuid ühe kombineerituna kasutatava meetmena on teooria üsna elujõuline.
Eelkõige on sellised tehnoloogiad tõhusad raskesti ligipääsetavates kohtades, polaarjaamades, mägedes ja taigas, reisijate ja turistide seas, kellel pole alati võimalust oma vidinaid laadida, kuid kontakti hoidmine on oluline, eriti kui grupp satub kriitilisse olukorda. Kui palju saaks ära hoida, kui inimestel oleks alati töökindel sideseade, mis ei sõltuks "pistikust".
Vesinikkütuseelemendid
Võib-olla oli igal autoomanikul nullile läheneva bensiinikoguse indikaatorit vaadatesmõte, kui tore oleks, kui auto vee peale jookseks. Kuid nüüd on selle aatomid jõudnud teadlaste tähelepanu alla kui tõelised energiaobjektid. Fakt on see, et vesiniku osakesed - universumi kõige levinum gaas - sisaldavad tohutul hulgal energiat. Pealegi põletab mootor seda gaasi praktiliselt ilma kõrvalsaadusteta, mis tähendab, et saame väga keskkonnasõbralikku kütust.
Vesinikku toidavad mõned ISS-i moodulid ja süstikud, kuid Maal eksisteerib see peamiselt ühendite, näiteks vee kujul. Kaheksakümnendatel aastatel arendati Venemaal vesinikku kütusena kasutavaid lennukeid, neid tehnoloogiaid rakendati isegi praktikas ja eksperimentaalsed mudelid tõestasid nende tõhusust. Vesiniku eraldamisel liigub see spetsiaalsesse kütuseelementi, misjärel saab otse elektrit toota. See ei ole tulevikuenergia, see on juba reaalsus. Sarnaseid autosid toodetakse juba praegu ja üsna suurtes partiides. Honda, et rõhutada energiaallika ja auto kui terviku mitmekülgsust, viis läbi eksperimendi, mille tulemusena ühendati auto kodu elektrivõrku, kuid mitte laadimise eesmärgil. Auto võib mitu päeva eramaja toita või sõita peaaegu viissada kilomeetrit ilma tankimata.
Sellise energiaallika ainsaks miinuseks on hetkel selliste keskkonnasõbralike autode suhteliselt kõrge hind ja loomulikult üsna väike arv vesinikujaamu, kuid paljud riigid plaanivad neid juba ehitada. Näiteks sisseSaksamaal on juba plaan paigaldada 2017. aastaks 100 tanklat.
Maa soojus
Soojusenergia muutmine elektriks on geotermilise energia olemus. Mõnes riigis, kus teiste tööstusharude kasutamine on keeruline, kasutatakse seda üsna laialdaselt. Näiteks Filipiinidel tuleb 27% kogu elektrist maasoojuselektrijaamadest, Islandil aga umbes 30%. Selle energiatootmismeetodi olemus on üsna lihtne, mehhanism sarnaneb lihtsa aurumasinaga. Enne väidetavat magma "järve" on vaja puurida kaev, mille kaudu vesi tarnitakse. Kuuma magmaga kokkupuutel muutub vesi koheselt auruks. See tõuseb seal, kus see pöörleb mehaanilist turbiini, tekitades seeläbi elektrit.
Geotermilise energia tulevik on suurte magma "poodide" leidmine. Näiteks eelmainitud Islandil see neil õnnestus: sekundi murdosa jooksul muutis kuum magma kogu pumbatud vee umbes 450 kraadi Celsiuse järgi auruks, mis on absoluutne rekord. Selline kõrgsurveaur võib tõsta geotermilise jaama efektiivsust mitu korda, see võib saada tõuke geotermilise energia arengule üle maailma, eriti vulkaanidest ja termilistest allikatest küllastunud piirkondades.
Tuumajäätmete kasutamine
Tuumaenergia tekitas omal ajal hoo. Nii oli see seni, kuni inimesed mõistsid selle tööstuse ohtuenergiat. Õnnetused on võimalikud, keegi pole selliste juhtumite eest kaitstud, kuid need on väga haruldased, kuid radioaktiivseid jäätmeid ilmub pidev alt ja kuni viimase ajani ei suutnud teadlased seda probleemi lahendada. Fakt on see, et uraanivardaid - tuumaelektrijaamade traditsioonilist "kütust" saab kasutada ainult 5%. Pärast selle väikese osa väljatöötamist saadetakse kogu varras "prügilasse".
Varem kasutati tehnoloogiat, mille puhul vardad kasteti vette, mis aeglustab neutronite liikumist, säilitades ühtlase reaktsiooni. Nüüd on vee asemel kasutatud vedelat naatriumi. See asendus võimaldab mitte ainult kasutada kogu uraani, vaid ka töödelda kümneid tuhandeid tonne radioaktiivseid jäätmeid.
Tähtis on vabastada planeet tuumajäätmetest, kuid tehnoloogias endas on üks "aga". Uraan on ressurss ja selle varud Maal on piiratud. Kui kogu planeet minna üle eranditult tuumaelektrijaamadest saadavale energiale (näiteks USA-s toodavad tuumajaamad vaid 20% kogu tarbitavast elektrist), ammenduvad uraanivarud üsna kiiresti ja see viib inimkonda taas energiakriisi lävele, nii et tuumaenergia, ehkki moderniseeritud, vaid ajutine meede.
Taimne kütus
Isegi Henry Ford, kes oli loonud oma "mudeli T", eeldas, et see töötab juba biokütustel. Sel ajal avastati aga uued naftamaardlad ja vajadus alternatiivsete energiaallikate järele kadus mitmeks aastakümneks, kuid nüüduuesti tagasi.
Viimase viieteistkümne aasta jooksul on taimsete kütuste, nagu etanool ja biodiislikütus, kasutamine mitu korda suurenenud. Neid kasutatakse iseseisvate energiaallikatena ja bensiini lisandina. Mõni aeg tagasi pandi lootusi spetsiaalsele hirsikultuurile, mida kutsuti "rapsiks". Inimestele või kariloomadele toiduks täiesti kõlbmatu, kuid õlisisaldus on kõrge. Sellest õlist hakati tootma "biodiislit". Kuid see saak võtab liiga palju ruumi, kui proovite seda kasvatada piisav alt, et toita vähem alt osa planeedist.
Nüüd räägivad teadlased vetikate kasutamisest. Nende õlisisaldus on umbes 50%, mis teeb õli ekstraheerimise sama lihtsaks ning jäätmetest saab teha väetisi, mille baasil hakatakse kasvatama uusi vetikaid. Ideed peetakse huvitavaks, kuid selle elujõulisust pole veel tõestatud: selle valdkonna edukate katsete avaldamist pole veel avaldatud.
Fusion
Kaasaegsete teadlaste sõnul on maailma tulevikuenergia võimatu ilma termotuumasünteesi tehnoloogiateta. See on praegu kõige lootustandvam arendus, millesse investeeritakse juba miljardeid dollareid.
Tuumaelektrijaamad kasutavad lõhustumisenergiat. See on ohtlik, kuna on oht kontrollimatuks reaktsiooniks, mis hävitab reaktori ja põhjustab tohutul hulgal radioaktiivseid aineid: võib-olla mäletavad kõik Tšernobõli tuumaelektrijaama õnnetust.
Tuumasünteesireaktsioonides etNagu nimigi ütleb, kasutatakse aatomite ühinemisel vabanevat energiat. Selle tulemusena ei teki erinev alt aatomi lõhustumisest radioaktiivseid jäätmeid.
Põhiprobleem seisneb selles, et termotuumasünteesi tulemusena tekib aine, mille temperatuur on nii kõrge, et võib hävitada kogu reaktori.
See tulevikuenergia on reaalsus. Ja fantaasiad on siin kohatud, hetkel on Prantsusmaal reaktori ehitus juba alanud. Mitu miljardit dollarit on investeeritud pilootprojekti, mida rahastavad paljud riigid, kuhu lisaks EL-ile kuuluvad Hiina ja Jaapan, USA, Venemaa jt. Esialgu plaaniti esimesed katsed käivitada juba 2016. aastal, kuid arvutused näitasid, et eelarve oli liiga väike (5 miljardi asemel kulus 19) ning käivitamine lükkus veel 9 aasta võrra edasi. Võib-olla mõne aasta pärast näeme, milleks termotuumaenergia on võimeline.
Tänapäeva väljakutsed ja tulevikuvõimalused
Mitte ainult teadlased, vaid ka ulmekirjanikud annavad palju ideid tulevikutehnoloogia rakendamiseks energeetikas, kuid kõik nõustuvad, et seni ei suuda ükski pakutud võimalustest täielikult rahuldada meie tsivilisatsiooni kõiki vajadusi. Näiteks kui USA-s sõidavad kõik autod biokütustel, peaksid rapsipõllud katma poole kogu riigist, hoolimata sellest, et osariikides pole nii palju põllumajanduseks sobivat maad. Pealegi on siiani kõik tootmismeetodid alternatiivenergia – teed. Võib-olla nõustub iga tavaline linlane, et keskkonnasäästlike taastuvate ressursside kasutamine on oluline, kuid mitte siis, kui talle öeldakse sellise ülemineku hind hetkel. Teadlastel on selles valdkonnas veel palju tööd teha. Uued avastused, uued materjalid, uued ideed – kõik see aitab inimkonnal eduk alt toime tulla ähvardava ressursikriisiga. Planeedi energiaprobleemi saab lahendada ainult kõikehõlmavate meetmetega. Mõnes piirkonnas on mugavam kasutada tuuleenergia tootmist, kuskil - päikesepaneele jne. Kuid võib-olla on peamine tegur energiatarbimise vähendamine üldiselt ja energiasäästlike tehnoloogiate loomine. Iga inimene peab mõistma, et ta vastutab planeedi eest, ja igaüks peab esitama endale küsimuse: "Millist energiat ma tulevikuks valin?" Enne muude ressursside juurde asumist peaksid kõik mõistma, et see on tõesti vajalik. Ainult integreeritud lähenemisviisiga on võimalik energiatarbimise probleem lahendada.
