Não é nenhum segredo que os recursos usados pela humanidade hoje são finitos, além disso, sua extração e uso posterior pode levar não apenas à energia, mas também ao desastre ambiental. Os recursos tradicionalmente utilizados pela humanidade - carvão, gás e petróleo - esgotarão em algumas décadas, e medidas devem ser tomadas agora, em nosso tempo. Claro, podemos esperar encontrar novamente algum depósito rico, assim como era na primeira metade do século passado, mas os cientistas têm certeza de que esses grandes depósitos não existem mais. Mas de qualquer forma, mesmo a descoberta de novas jazidas só atrasará o inevitável, é preciso encontrar formas de produzir energias alternativas e mudar para recursos renováveis como vento, sol, energia geotérmica, energia de fluxo de água e outros, e junto com isso, é necessário continuar desenvolvendo tecnologias de economia de energia.
Neste artigo, consideraremos algumas das ideias mais promissoras, na opinião dos cientistas modernos, sobre as quais a energia do futuro será construída.
Estações solares
As pessoas há muito se perguntam se é possível usar energiasol na terra. A água era aquecida sob o sol, as roupas e a cerâmica eram secas antes de serem enviadas ao forno, mas esses métodos não podem ser considerados eficazes. Os primeiros meios técnicos que convertem a energia solar surgiram no século XVIII. O cientista francês J. Buffon mostrou um experimento no qual conseguiu acender uma árvore seca com a ajuda de um grande espelho côncavo em tempo claro a uma distância de cerca de 70 metros. Seu compatriota, o famoso cientista A. Lavoisier, usou lentes para concentrar a energia do sol, e na Inglaterra eles criaram o vidro biconvexo, que, ao focalizar os raios do sol, derretia o ferro fundido em apenas alguns minutos.
Cientistas naturais realizaram muitos experimentos que provaram que o uso da energia solar na Terra é possível. No entanto, uma bateria solar que converteria energia solar em energia mecânica surgiu há relativamente pouco tempo, em 1953. Foi criado por cientistas da Agência Aeroespacial Nacional dos EUA. Já em 1959, uma bateria solar foi usada pela primeira vez para equipar um satélite espacial.
Talvez mesmo assim, percebendo que tais baterias são muito mais eficientes no espaço, os cientistas tiveram a ideia de criar estações solares espaciais, pois em uma hora o sol gera tanta energia quanto toda a humanidade não consome em um ano, então por que não usar isso? Qual será a energia solar do futuro?
Por um lado, parece que o uso da energia solar é uma opção ideal. No entanto, o custo de uma enorme estação solar espacial é muito alto e, além disso, será caro operar. entãoQuando forem introduzidas novas tecnologias para a entrega de mercadorias no espaço, bem como novos materiais, a implementação de tal projeto será possível, mas por enquanto só podemos usar baterias relativamente pequenas na superfície do planeta. Muitos dirão que isso também é bom. Sim, é possível nas condições de uma casa particular, mas para o abastecimento de energia das grandes cidades, portanto, são necessários muitos painéis solares ou uma tecnologia que os torne mais eficientes.
O lado econômico da questão também está presente aqui: qualquer orçamento sofrerá muito se lhe for confiada a tarefa de converter uma cidade inteira (ou um país inteiro) em painéis solares. Parece que é possível obrigar os habitantes das cidades a pagar algumas quantias pelo reequipamento, mas neste caso eles ficarão infelizes, porque se as pessoas estivessem dispostas a fazer tais despesas, elas já o teriam feito há muito tempo: todos têm a oportunidade de comprar uma bateria solar.
Há outro paradoxo em relação à energia solar: os custos de produção. Converter energia solar em eletricidade diretamente não é a coisa mais eficiente. Até agora, nenhuma maneira melhor foi encontrada do que usar os raios do sol para aquecer a água, que, transformando-se em vapor, gira um dínamo. Neste caso, a perda de energia é mínima. A humanidade quer usar painéis solares e estações solares "verdes" para conservar os recursos na Terra, mas tal projeto exigiria uma enorme quantidade dos mesmos recursos e energia "não verde". Por exemplo, na França, uma usina de energia solar foi construída recentemente, cobrindo uma área de cerca de dois quilômetros quadrados. O custo de construção foi de cerca de 110 milhões de euros, sem incluir os custos operacionais. Com tudo isso, deve-se ter em mente que a vida útil de tais mecanismos é de cerca de 25 anos.
Vento
A energia eólica também é utilizada pelas pessoas desde a antiguidade, sendo o exemplo mais simples a vela e os moinhos de vento. Moinhos de vento ainda estão em uso hoje, especialmente em áreas com ventos constantes, como na costa. Os cientistas estão constantemente apresentando idéias sobre como modernizar os dispositivos existentes para converter a energia eólica, um deles são as turbinas eólicas na forma de turbinas ascendentes. Devido à rotação constante, eles poderiam "pendurar" no ar a uma distância de várias centenas de metros do solo, onde o vento é forte e constante. Isso ajudaria na eletrificação de áreas rurais onde o uso de moinhos de vento padrão não é possível. Além disso, essas turbinas altas poderiam ser equipadas com módulos de Internet, que forneceriam às pessoas acesso à World Wide Web.
Marés e ondas
O boom da energia solar e eólica está diminuindo gradualmente, e outras energias naturais têm atraído o interesse de pesquisadores. Mais promissor é o uso de fluxos e refluxos. Já cerca de uma centena de empresas em todo o mundo estão lidando com essa questão, e existem vários projetos que comprovaram a eficácia desse método de mineração.eletricidade. A vantagem sobre a energia solar é que as perdas durante a transferência de uma energia para outra são mínimas: o maremoto gira uma enorme turbina, que gera eletricidade.
Projeto Oyster é a ideia de instalar uma válvula articulada no fundo do oceano que trará água para a costa, girando assim uma simples turbina hidrelétrica. Apenas uma dessas instalações poderia fornecer eletricidade a um pequeno microdistrito.
O maremoto já é utilizado com sucesso na Austrália: na cidade de Perth, foram instaladas usinas de dessalinização que operam com esse tipo de energia. O seu trabalho permite fornecer água potável a cerca de meio milhão de pessoas. A energia natural e a indústria também podem ser combinadas nesta indústria de produção de energia.
O uso da energia das marés é um pouco diferente das tecnologias que estamos acostumados a ver nas hidrelétricas fluviais. Muitas vezes, as usinas hidrelétricas prejudicam o meio ambiente: territórios adjacentes são inundados, o ecossistema é destruído, mas as estações que operam com ondas de maré são muito mais seguras nesse sentido.
Energia Humana
Um dos projetos mais fantásticos da nossa lista pode ser chamado de uso da energia das pessoas vivas. Parece impressionante e até um pouco aterrorizante, mas nem tudo é tão assustador. Os cientistas apreciam a ideia de como usar a energia mecânica do movimento. Esses projetos são sobre microeletrônica e nanotecnologias com baixo consumo de energia. Embora pareça uma utopia, não há desenvolvimentos reais, mas a ideia é muitointeressante e não sai da cabeça dos cientistas. Concordo, muito convenientes serão dispositivos que, como relógios com corda automática, serão carregados pelo fato de o sensor ser passado com um dedo ou pelo fato de um tablet ou telefone simplesmente balançar em uma bolsa ao caminhar. Sem falar nas roupas que, repletas de vários microdispositivos, poderiam converter a energia do movimento humano em eletricidade.
Em Berkeley, no laboratório de Lawrence, por exemplo, cientistas tentaram concretizar a ideia de usar vírus para converter energia de pressão em eletricidade. Existem também pequenos mecanismos movidos a movimento, mas até agora essa tecnologia não foi colocada em operação. Sim, a crise energética global não pode ser tratada desta forma: quantas pessoas terão que “pegar” para fazer toda a usina funcionar? Mas como uma das medidas combinadas, a teoria é bastante viável.
Especialmente essas tecnologias serão eficazes em locais de difícil acesso, nas estações polares, nas montanhas e na taiga, entre viajantes e turistas que nem sempre têm a oportunidade de carregar seus aparelhos, mas manter contato é importante, especialmente se o grupo entrou em situação crítica. Quanto poderia ser evitado se as pessoas sempre tivessem um dispositivo de comunicação confiável que não dependesse do "plugue".
Células a combustível de hidrogênio
Talvez todo dono de carro, olhando para o indicador da quantidade de gasolina próxima de zero, tenhao pensamento de como seria bom se o carro funcionasse na água. Mas agora seus átomos chamaram a atenção dos cientistas como objetos reais de energia. O fato é que as partículas de hidrogênio - o gás mais comum do universo - contêm uma enorme quantidade de energia. Além disso, o motor queima esse gás praticamente sem subprodutos, o que significa que obtemos um combustível muito ecológico.
O hidrogênio é alimentado por alguns módulos e ônibus espaciais da ISS, mas na Terra existe principalmente na forma de compostos como a água. Nos anos oitenta, na Rússia, houve desenvolvimento de aeronaves usando hidrogênio como combustível, essas tecnologias foram colocadas em prática e modelos experimentais provaram sua eficácia. Quando o hidrogênio é separado, ele se move para uma célula de combustível especial, após a qual a eletricidade pode ser gerada diretamente. Esta não é a energia do futuro, isso já é uma realidade. Carros semelhantes já estão sendo produzidos e em lotes bastante grandes. A Honda, para enfatizar a versatilidade da fonte de energia e do carro como um todo, realizou um experimento em que o carro foi conectado à rede elétrica doméstica, mas não para ser recarregado. Um carro pode abastecer uma casa particular por vários dias ou dirigir quase quinhentos quilômetros sem reabastecer.
A única desvantagem dessa fonte de energia no momento é o custo relativamente alto desses carros ecologicamente corretos e, claro, um número bastante pequeno de estações de hidrogênio, mas muitos países já planejam construí-las. Por exemplo, emA Alemanha já tem um plano para instalar 100 postos de gasolina até 2017.
Calor da Terra
Transformar energia térmica em eletricidade é a essência da energia geotérmica. Em alguns países onde é difícil usar outras indústrias, é amplamente utilizado. Por exemplo, nas Filipinas, 27% de toda a eletricidade vem de usinas geotérmicas, enquanto na Islândia esse número é de cerca de 30%. A essência deste método de produção de energia é bastante simples, o mecanismo é semelhante a um simples motor a vapor. Diante do suposto "lago" de magma, é necessário perfurar um poço por onde é fornecida água. Ao entrar em contato com o magma quente, a água se transforma instantaneamente em vapor. Ele sobe onde gira uma turbina mecânica, gerando eletricidade.
O futuro da energia geotérmica é encontrar grandes "armazéns" de magma. Por exemplo, na mencionada Islândia, eles conseguiram: em uma fração de segundo, o magma quente transformou toda a água bombeada em vapor a uma temperatura de cerca de 450 graus Celsius, o que é um recorde absoluto. Esse vapor de alta pressão pode aumentar a eficiência de uma usina geotérmica em várias vezes, pode se tornar um impulso para o desenvolvimento da energia geotérmica em todo o mundo, especialmente em áreas saturadas de vulcões e fontes termais.
Uso de lixo nuclear
A energia nuclear, uma vez, fez um respingo. Assim foi até que as pessoas perceberam o perigo dessa indústriaenergia. Acidentes são possíveis, ninguém está imune a esses casos, mas são muito raros, mas os resíduos radioativos aparecem de forma constante e até recentemente, os cientistas não conseguiam resolver esse problema. O fato é que as hastes de urânio - o tradicional "combustível" das usinas nucleares, só podem ser usadas em 5%. Depois de trabalhar essa pequena parte, a vara inteira é enviada para o "aterro".
Anteriormente, era utilizada uma tecnologia em que as hastes eram imersas em água, o que desacelera os nêutrons, mantendo uma reação constante. Agora o sódio líquido foi usado em vez de água. Esta substituição permite não só utilizar todo o volume de urânio, mas também processar dezenas de milhares de toneladas de resíduos radioativos.
É importante livrar o planeta do lixo nuclear, mas existe um "mas" na própria tecnologia. O urânio é um recurso e suas reservas na Terra são finitas. Se todo o planeta for transferido exclusivamente para a energia recebida de usinas nucleares (por exemplo, nos Estados Unidos, as usinas nucleares produzem apenas 20% de toda a eletricidade consumida), as reservas de urânio se esgotarão rapidamente, e isso levará novamente a humanidade ao limiar de uma crise energética, portanto a energia nuclear, embora modernizada, apenas uma medida temporária.
Combustível vegetal
Mesmo Henry Ford, tendo criado seu "Modelo T", esperava que ele já funcionasse com biocombustíveis. No entanto, nessa época, novos campos de petróleo foram descobertos e a necessidade de fontes alternativas de energia desapareceu por várias décadas, mas agoranovamente.
Nos últimos quinze anos, o uso de combustíveis vegetais, como etanol e biodiesel, aumentou várias vezes. Eles são usados como fontes independentes de energia e como aditivos à gasolina. Algum tempo atrás, as esperanças estavam depositadas em uma cultura especial de milheto, chamada "canola". É completamente inadequado para alimentação humana ou animal, mas possui um alto teor de óleo. A partir deste óleo começaram a produzir "biodiesel". Mas essa plantação ocupará muito espaço se você tentar cultivá-la o suficiente para abastecer pelo menos parte do planeta.
Agora os cientistas estão falando sobre o uso de algas. Seu teor de óleo é de cerca de 50%, o que facilitará a extração do óleo, e os resíduos podem ser transformados em fertilizantes, com base nos quais novas algas serão cultivadas. A ideia é considerada interessante, mas sua viabilidade ainda não foi comprovada: a publicação de experimentos bem-sucedidos nessa área ainda não foi publicada.
Fusão
A energia futura do mundo, segundo os cientistas modernos, é impossível sem as tecnologias de fusão termonuclear. Este é atualmente o desenvolvimento mais promissor em que bilhões de dólares já estão sendo investidos.
As usinas nucleares usam energia de fissão. É perigoso porque existe a ameaça de uma reação descontrolada que destruirá o reator e levará à liberação de uma enorme quantidade de substâncias radioativas: talvez todos se lembrem do acidente na usina nuclear de Chernobyl.
Em reações de fusão queComo o nome indica, a energia liberada durante a fusão dos átomos é usada. Como resultado, ao contrário da fissão atômica, nenhum resíduo radioativo é produzido.
O principal problema é que, como resultado da fusão, forma-se uma substância que tem uma temperatura tão alta que pode destruir todo o reator.
Esta energia do futuro é uma realidade. E as fantasias são inadequadas aqui, no momento em que a construção do reator já começou na França. Vários bilhões de dólares foram investidos em um projeto piloto financiado por muitos países, que, além da UE, incluem China e Japão, EUA, Rússia e outros. Inicialmente, os primeiros experimentos estavam planejados para serem lançados já em 2016, mas os cálculos mostraram que o orçamento era muito pequeno (em vez de 5 bilhões, demorou 19), e o lançamento foi adiado por mais 9 anos. Talvez em alguns anos veremos do que a energia de fusão é capaz.
Desafios do presente e oportunidades para o futuro
Não só os cientistas, mas também os escritores de ficção científica dão muitas ideias para a implementação da tecnologia futura em energia, mas todos concordam que até agora nenhuma das opções propostas pode satisfazer plenamente todas as necessidades da nossa civilização. Por exemplo, se todos os carros nos Estados Unidos fossem movidos a biocombustíveis, os campos de canola teriam que cobrir uma área igual à metade de todo o país, independentemente do fato de não haver tanta terra adequada para a agricultura nos Estados Unidos. Além disso, até agora todos os métodos de produçãoenergia alternativa - estradas. Talvez todo morador comum da cidade concorde que é importante usar recursos renováveis e ecologicamente corretos, mas não quando lhes é dito o custo de tal transição no momento. Os cientistas ainda têm muito trabalho a fazer nesta área. Novas descobertas, novos materiais, novas ideias - tudo isso ajudará a humanidade a lidar com sucesso com a iminente crise de recursos. O problema energético do planeta só pode ser resolvido com medidas abrangentes. Em algumas áreas, é mais conveniente usar a geração de energia eólica em algum lugar - painéis solares e assim por diante. Mas talvez o principal fator seja a redução do consumo de energia em geral e a criação de tecnologias de economia de energia. Cada pessoa deve entender que é responsável pelo planeta, e cada um deve se perguntar: "Que tipo de energia escolho para o futuro?" Antes de passar para outros recursos, todos devem perceber que isso é realmente necessário. Somente com uma abordagem integrada será possível resolver o problema do consumo de energia.
