Non è un segreto che le risorse utilizzate dall'umanità oggi siano limitate, inoltre, la loro ulteriore estrazione e utilizzo può portare non solo all'energia, ma anche al disastro ambientale. Le risorse tradizionalmente utilizzate dall'umanità - carbone, gas e petrolio - si esauriranno in pochi decenni e le misure devono essere prese ora, nel nostro tempo. Certo, possiamo sperare di trovare di nuovo qualche ricco giacimento, proprio come era nella prima metà del secolo scorso, ma gli scienziati sono sicuri che giacimenti così grandi non esistono più. Ma in ogni caso, anche la scoperta di nuovi giacimenti non farà che ritardare l'inevitabile, è necessario trovare il modo di produrre energia alternativa e passare a risorse rinnovabili come vento, sole, geotermia, energia del flusso d'acqua e altre, e insieme a questo, è necessario continuare a sviluppare tecnologie per il risparmio energetico.
In questo articolo, prenderemo in considerazione alcune delle idee più promettenti, secondo l'opinione degli scienziati moderni, su cui sarà costruita l'energia del futuro.
Stazioni solari
Le persone si chiedono da tempo se sia possibile utilizzare l'energiasole sulla terra. L'acqua veniva riscaldata al sole, i vestiti e le stoviglie venivano asciugati prima di essere inviati al forno, ma questi metodi non possono essere definiti efficaci. I primi mezzi tecnici per convertire l'energia solare apparvero nel 18° secolo. Lo scienziato francese J. Buffon ha mostrato un esperimento in cui è riuscito ad accendere un albero secco con l'aiuto di un grande specchio concavo con tempo sereno da una distanza di circa 70 metri. Il suo connazionale, il famoso scienziato A. Lavoisier, utilizzò lenti per concentrare l'energia del sole, e in Inghilterra crearono un vetro biconvesso che, focalizzando i raggi solari, fondeva la ghisa in pochi minuti.
Gli scienziati naturali hanno condotto molti esperimenti che hanno dimostrato che l'uso dell'energia solare sulla terra è possibile. Tuttavia, una batteria solare che converte l'energia solare in energia meccanica è apparsa relativamente di recente, nel 1953. È stato creato da scienziati della National Aerospace Agency degli Stati Uniti. Già nel 1959, una batteria solare fu usata per la prima volta per equipaggiare un satellite spaziale.
Forse anche allora, rendendosi conto che tali batterie sono molto più efficienti nello spazio, gli scienziati hanno avuto l'idea di creare stazioni solari spaziali, perché in un'ora il sole genera tanta energia quanto tutta l'umanità non consuma in un anno, quindi perché non usare questo? Quale sarà l'energia solare del futuro?
Da un lato, sembra che l'uso dell'energia solare sia un'opzione ideale. Tuttavia, il costo di un'enorme stazione solare spaziale è molto alto e, inoltre, sarà costoso da gestire. Cosìtempo, quando verranno introdotte nuove tecnologie per la consegna di merci nello spazio, oltre a nuovi materiali, l'attuazione di un tale progetto diventerà possibile, ma per ora possiamo utilizzare solo batterie relativamente piccole sulla superficie del pianeta. Molti diranno che anche questo va bene. Sì, è possibile nelle condizioni di una casa privata, ma per l'approvvigionamento energetico delle grandi città, di conseguenza, sono necessari molti pannelli solari o una tecnologia che li renda più efficienti.
Qui è presente anche il lato economico della questione: qualsiasi budget ne risentirà molto se gli viene affidato il compito di convertire un'intera città (o un intero paese) a pannelli solari. Sembrerebbe che sia possibile obbligare gli abitanti delle città a pagare alcune somme per il riequipaggiamento, ma in questo caso saranno infelici, perché se le persone fossero state pronte a sostenere tali spese, l'avrebbero fatto da sole molto tempo fa: tutti hanno la possibilità di acquistare una batteria solare.
C'è un altro paradosso per quanto riguarda l'energia solare: i costi di produzione. La conversione diretta dell'energia solare in elettricità non è la cosa più efficiente. Finora non è stato trovato modo migliore che utilizzare i raggi del sole per riscaldare l'acqua, che, trasformandosi in vapore, fa ruotare a sua volta una dinamo. In questo caso, la perdita di energia è minima. L'umanità vuole utilizzare pannelli solari e stazioni solari "verdi" per conservare le risorse sulla terra, ma un progetto del genere richiederebbe un'enorme quantità delle stesse risorse e di energia "non verde". Ad esempio, in Francia è stata recentemente realizzata una centrale solare, che copre un'area di circa due chilometri quadrati. Il costo di costruzione è stato di circa 110 milioni di euro, escluse le spese di gestione. Con tutto ciò, va tenuto presente che la vita di servizio di tali meccanismi è di circa 25 anni.
Vento
L'energia eolica è stata utilizzata anche dalle persone fin dall'antichità, l'esempio più semplice è la vela e i mulini a vento. I mulini a vento sono ancora in uso oggi, soprattutto nelle zone con venti costanti, come la costa. Gli scienziati stanno costantemente proponendo idee su come modernizzare i dispositivi esistenti per la conversione dell'energia eolica, uno di questi sono le turbine eoliche sotto forma di turbine svettanti. A causa della rotazione costante, potrebbero "appendere" in aria a una distanza di diverse centinaia di metri dal suolo, dove il vento è forte e costante. Ciò aiuterebbe nell'elettrificazione delle aree rurali dove l'uso di mulini a vento standard non è possibile. Inoltre, tali turbine svettanti potrebbero essere dotate di moduli Internet, che fornirebbero alle persone l'accesso al World Wide Web.
Mare e onde
Il boom dell'energia solare ed eolica sta gradualmente svanendo e altre energie naturali hanno attirato l'interesse dei ricercatori. Più promettente è l'uso di flussi e riflussi. Già un centinaio di aziende in tutto il mondo si occupano di questo problema e ci sono diversi progetti che hanno dimostrato l'efficacia di questo metodo di mining.elettricità. Il vantaggio rispetto all'energia solare è che le perdite durante il trasferimento di un'energia all' altra sono minime: l'onda di marea fa ruotare un'enorme turbina, che genera elettricità.
Project Oyster è l'idea di installare una valvola incernierata sul fondo dell'oceano che porterà l'acqua a riva, facendo girare così una semplice turbina idroelettrica. Solo una di queste installazioni potrebbe fornire elettricità a un piccolo microdistretto.
Già, le onde di marea vengono sfruttate con successo in Australia: nella città di Perth sono stati installati impianti di desalinizzazione funzionanti con questo tipo di energia. Il loro lavoro permette di fornire acqua fresca a circa mezzo milione di persone. L'energia naturale e l'industria possono anche essere combinate in questo settore di produzione di energia.
L'uso dell'energia delle maree è in qualche modo diverso dalle tecnologie che siamo abituati a vedere nelle centrali idroelettriche fluviali. Spesso le centrali idroelettriche danneggiano l'ambiente: i territori adiacenti vengono allagati, l'ecosistema viene distrutto, ma le stazioni che operano sulle onde di marea sono molto più sicure in questo senso.
Energia umana
Uno dei progetti più fantastici della nostra lista può essere chiamato l'uso dell'energia delle persone viventi. Sembra sbalorditivo e persino un po' terrificante, ma non tutto è così spaventoso. Gli scienziati apprezzano l'idea di come utilizzare l'energia meccanica del movimento. Questi progetti riguardano la microelettronica e le nanotecnologie a basso consumo energetico. Anche se suona come un'utopia, non ci sono sviluppi reali, ma l'idea è moltointeressante e non lascia la mente degli scienziati. D'accordo, molto convenienti saranno i dispositivi che, come gli orologi a carica automatica, verranno caricati dal fatto che il sensore viene strisciato con un dito o dal fatto che un tablet o un telefono penzola semplicemente in una borsa quando si cammina. Per non parlare dei vestiti che, pieni di vari microdispositivi, potrebbero convertire l'energia del movimento umano in elettricità.
A Berkeley, nel laboratorio di Lawrence, ad esempio, gli scienziati hanno cercato di realizzare l'idea di utilizzare i virus per convertire l'energia di pressione in elettricità. Esistono anche piccoli meccanismi alimentati dal movimento, ma finora tale tecnologia non è stata messa in funzione. Sì, la crisi energetica globale non può essere affrontata in questo modo: quante persone dovranno "spacciare" per far funzionare l'intero impianto? Ma essendo una delle misure usate in combinazione, la teoria è abbastanza valida.
Soprattutto tali tecnologie saranno efficaci in luoghi difficili da raggiungere, alle stazioni polari, in montagna e nella taiga, tra viaggiatori e turisti che non sempre hanno la possibilità di caricare i propri gadget, ma rimanere in contatto è importante, soprattutto se il gruppo si trova in una situazione critica. Quanto si potrebbe evitare se le persone avessero sempre un dispositivo di comunicazione affidabile che non dipendesse dalla "spina".
Celle a combustibile a idrogeno
Forse ogni proprietario di auto, guardando l'indicatore della quantità di benzina prossima allo zero, avevail pensiero di quanto sarebbe stato bello se l'auto avesse funzionato sull'acqua. Ma ora i suoi atomi sono giunti all'attenzione degli scienziati come veri oggetti di energia. Il fatto è che le particelle di idrogeno - il gas più comune nell'universo - contengono un'enorme quantità di energia. Inoltre, il motore brucia questo gas praticamente senza sottoprodotti, il che significa che otteniamo un carburante molto rispettoso dell'ambiente.
L'idrogeno è alimentato da alcuni moduli e navette della ISS, ma sulla Terra esiste principalmente sotto forma di composti come l'acqua. Negli anni Ottanta in Russia ci furono sviluppi di velivoli che utilizzavano l'idrogeno come combustibile, queste tecnologie furono addirittura messe in pratica, e modelli sperimentali ne dimostrarono l'efficacia. Quando l'idrogeno viene separato, si sposta in una speciale cella a combustibile, dopodiché l'elettricità può essere generata direttamente. Questa non è l'energia del futuro, questa è già una re altà. Auto simili sono già in produzione e in lotti abbastanza grandi. Honda, per sottolineare la versatilità della fonte di energia e dell'auto nel suo insieme, ha condotto un esperimento a seguito del quale l'auto è stata collegata alla rete elettrica domestica, ma non per ricaricarsi. Un'auto può alimentare una casa privata per diversi giorni o percorrere quasi cinquecento chilometri senza fare rifornimento.
L'unico inconveniente di una tale fonte di energia al momento è il costo relativamente alto di tali auto ecocompatibili e, ovviamente, un numero abbastanza piccolo di stazioni di idrogeno, ma molti paesi stanno già pianificando di costruirle. Ad esempio, nelLa Germania ha già un piano per l'installazione di 100 stazioni di servizio entro il 2017.
Il calore della terra
Trasformare l'energia termica in elettricità è l'essenza dell'energia geotermica. In alcuni paesi in cui è difficile utilizzare altri settori, è ampiamente utilizzato. Ad esempio, nelle Filippine, il 27% di tutta l'elettricità proviene da impianti geotermici, mentre in Islanda questa cifra è di circa il 30%. L'essenza di questo metodo di produzione di energia è abbastanza semplice, il meccanismo è simile a un semplice motore a vapore. Prima del presunto "lago" di magma, è necessario perforare un pozzo attraverso il quale viene fornita acqua. A contatto con il magma caldo, l'acqua si trasforma istantaneamente in vapore. Sorge dove fa girare una turbina meccanica, generando così elettricità.
Il futuro dell'energia geotermica è trovare grandi "depositi" di magma. Ad esempio, nella suddetta Islanda, ci sono riusciti: in una frazione di secondo, il magma caldo ha trasformato tutta l'acqua pompata in vapore ad una temperatura di circa 450 gradi Celsius, che è un record assoluto. Tale vapore ad alta pressione può aumentare l'efficienza di un impianto geotermico di diverse volte, può diventare un impulso per lo sviluppo dell'energia geotermica in tutto il mondo, specialmente nelle aree sature di vulcani e sorgenti termali.
Uso di scorie nucleari
L'energia nucleare, una volta, ha fatto colpo. Così è stato fino a quando le persone non si sono rese conto del pericolo di questo settoreenergia. Gli incidenti sono possibili, nessuno è immune da tali casi, ma sono molto rari, ma i rifiuti radioattivi appaiono costantemente e fino a poco tempo gli scienziati non sono stati in grado di risolvere questo problema. Il fatto è che le barre di uranio, il tradizionale "combustibile" delle centrali nucleari, possono essere utilizzate solo per il 5%. Dopo aver elaborato questa piccola parte, l'intera asta viene inviata alla "discarica".
In precedenza, veniva utilizzata una tecnologia in cui le bacchette erano immerse in acqua, che rallenta i neutroni, mantenendo una reazione costante. Ora è stato utilizzato sodio liquido al posto dell'acqua. Questa sostituzione consente non solo di utilizzare l'intero volume di uranio, ma anche di trattare decine di migliaia di tonnellate di scorie radioattive.
È importante liberare il pianeta dalle scorie nucleari, ma c'è un "ma" nella tecnologia stessa. L'uranio è una risorsa e le sue riserve sulla Terra sono limitate. Se l'intero pianeta passa esclusivamente all'energia ricevuta dalle centrali nucleari (ad esempio, negli Stati Uniti, le centrali nucleari producono solo il 20% di tutta l'elettricità consumata), le riserve di uranio si esauriranno abbastanza rapidamente, e questo porterà nuovamente l'umanità alle soglie di una crisi energetica, quindi l'energia nucleare, seppur modernizzata, solo una misura temporanea.
Combustibile vegetale
Anche Henry Ford, dopo aver creato il suo "Modello T", prevedeva che sarebbe già stato alimentato a biocarburanti. Tuttavia, a quel tempo, furono scoperti nuovi giacimenti petroliferi e la necessità di fonti energetiche alternative scomparve per diversi decenni, ma oraindietro di nuovo.
Negli ultimi quindici anni, l'uso di combustibili vegetali come etanolo e biodiesel è aumentato più volte. Sono usati come fonti di energia indipendenti e come additivi alla benzina. Tempo fa si riponevano le speranze su una coltura di miglio speciale, chiamata "canola". È del tutto inadatto all'alimentazione umana o animale, ma ha un alto contenuto di olio. Da questo olio iniziarono a produrre "biodiesel". Ma questo raccolto occuperà troppo spazio se provi a coltivarne abbastanza per alimentare almeno una parte del pianeta.
Ora gli scienziati parlano dell'uso delle alghe. Il loro contenuto di olio è di circa il 50%, il che renderà altrettanto facile l'estrazione dell'olio e i rifiuti possono essere trasformati in fertilizzanti, sulla base dei quali verranno coltivate nuove alghe. L'idea è considerata interessante, ma la sua fattibilità non è stata ancora dimostrata: la pubblicazione di esperimenti di successo in questo settore non è stata ancora pubblicata.
Fusione
L'energia futura del mondo, secondo gli scienziati moderni, è impossibile senza le tecnologie di fusione termonucleare. Questo è attualmente lo sviluppo più promettente in cui vengono già investiti miliardi di dollari.
Le centrali nucleari utilizzano energia di fissione. È pericoloso perché c'è la minaccia di una reazione incontrollata che distruggerà il reattore e porterà al rilascio di un'enorme quantità di sostanze radioattive: forse tutti ricordano l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl.
Nelle reazioni di fusione cheCome suggerisce il nome, viene utilizzata l'energia rilasciata durante la fusione degli atomi. Di conseguenza, a differenza della fissione atomica, non vengono prodotte scorie radioattive.
Il problema principale è che a seguito della fusione si forma una sostanza che ha una temperatura così elevata da poter distruggere l'intero reattore.
Questa energia del futuro è una re altà. E qui le fantasie sono inadeguate, al momento in Francia è già iniziata la costruzione del reattore. Diversi miliardi di dollari sono stati investiti in un progetto pilota finanziato da molti paesi, che, oltre all'UE, includono Cina e Giappone, Stati Uniti, Russia e altri. Inizialmente, i primi esperimenti dovevano essere lanciati già nel 2016, ma i calcoli hanno mostrato che il budget era troppo piccolo (invece di 5 miliardi, ce ne sono voluti 19) e il lancio è stato posticipato di altri 9 anni. Forse tra qualche anno vedremo di cosa è capace l'energia da fusione.
Sfide del presente e opportunità per il futuro
Non solo gli scienziati, ma anche gli scrittori di fantascienza danno molte idee per l'implementazione della tecnologia futura nell'energia, ma tutti concordano sul fatto che finora nessuna delle opzioni proposte può soddisfare pienamente tutte le esigenze della nostra civiltà. Ad esempio, se tutte le auto negli Stati Uniti funzionano a biocarburanti, i campi di colza dovrebbero coprire un'area pari alla metà dell'intero Paese, a prescindere dal fatto che negli Stati Uniti non ci siano così tanti terreni adatti all'agricoltura. Inoltre, finora tutti i metodi di produzioneenergie alternative - strade. Forse ogni cittadino ordinario è d'accordo sull'importanza di utilizzare risorse rinnovabili e rispettose dell'ambiente, ma non quando gli viene detto il costo di una tale transizione in questo momento. Gli scienziati hanno ancora molto lavoro da fare in questo settore. Nuove scoperte, nuovi materiali, nuove idee: tutto ciò aiuterà l'umanità ad affrontare con successo l'incombente crisi delle risorse. Il problema energetico del pianeta può essere risolto solo con misure globali. In alcune aree, è più conveniente utilizzare la generazione di energia eolica, da qualche parte: pannelli solari e così via. Ma forse il fattore principale sarà la riduzione dei consumi energetici in generale e la creazione di tecnologie per il risparmio energetico. Ciascuno deve capire di essere responsabile del pianeta e ciascuno deve porsi la domanda: "Che tipo di energia scelgo per il futuro?" Prima di passare ad altre risorse, tutti dovrebbero rendersi conto che questo è davvero necessario. Solo con un approccio integrato sarà possibile risolvere il problema dei consumi energetici.
