Không có gì bí mật khi các nguồn tài nguyên được nhân loại sử dụng ngày nay là hữu hạn, hơn nữa, việc khai thác và sử dụng chúng không chỉ dẫn đến năng lượng mà còn dẫn đến thảm họa môi trường. Các nguồn tài nguyên được nhân loại sử dụng theo truyền thống - than đá, khí đốt và dầu mỏ - sẽ cạn kiệt trong một vài thập kỷ nữa, và các biện pháp phải được thực hiện ngay bây giờ, trong thời đại của chúng ta. Tất nhiên, chúng ta có thể hy vọng rằng chúng ta sẽ lại tìm thấy một số lượng tiền gửi dồi dào, giống như vào nửa đầu thế kỷ trước, nhưng các nhà khoa học chắc chắn rằng lượng tiền gửi lớn như vậy không còn tồn tại nữa. Nhưng trong mọi trường hợp, ngay cả việc phát hiện ra các mỏ mới sẽ chỉ làm trì hoãn điều không thể tránh khỏi, cần phải tìm cách sản xuất năng lượng thay thế và chuyển sang các nguồn tài nguyên tái tạo như gió, mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng dòng nước và các nguồn khác, và cùng với điều này, cần phải tiếp tục phát triển các công nghệ tiết kiệm năng lượng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một số ý tưởng hứa hẹn nhất, theo ý kiến của các nhà khoa học hiện đại, về những ý tưởng mà năng lượng của tương lai sẽ được xây dựng.
Trạm năng lượng mặt trời
Mọi người từ lâu đã tự hỏi liệu có thể sử dụng năng lượngmặt trời trên trái đất. Nước được làm nóng dưới ánh nắng mặt trời, quần áo và đồ gốm được làm khô trước khi đưa vào lò nung, nhưng những phương pháp này không thể được gọi là hiệu quả. Phương tiện kỹ thuật đầu tiên chuyển đổi năng lượng mặt trời xuất hiện vào thế kỷ 18. Nhà khoa học người Pháp J. Buffon đã trình diễn một thí nghiệm trong đó ông có thể đốt cháy một cái cây khô với sự trợ giúp của một chiếc gương lõm lớn trong điều kiện thời tiết quang đãng từ khoảng cách khoảng 70 mét. Đồng hương của ông, nhà khoa học nổi tiếng A. Lavoisier, đã sử dụng thấu kính để tập trung năng lượng của mặt trời, và ở Anh, họ đã tạo ra kính hai mặt lồi, bằng cách hội tụ các tia sáng mặt trời, gang nóng chảy chỉ trong vài phút.
Các nhà khoa học tự nhiên đã tiến hành nhiều thí nghiệm chứng minh rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời trên trái đất là hoàn toàn có thể. Tuy nhiên, một loại pin năng lượng mặt trời có thể chuyển đổi quang năng thành cơ năng đã xuất hiện tương đối gần đây, vào năm 1953. Nó được tạo ra bởi các nhà khoa học thuộc Cơ quan Hàng không Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ. Vào năm 1959, pin năng lượng mặt trời lần đầu tiên được sử dụng để trang bị cho một vệ tinh không gian.
Có lẽ ngay cả khi đó, nhận thấy rằng những loại pin như vậy hiệu quả hơn nhiều trong không gian, các nhà khoa học đã nảy ra ý tưởng tạo ra các trạm năng lượng mặt trời trong không gian, bởi vì trong một giờ mặt trời tạo ra nhiều năng lượng bằng toàn bộ nhân loại không tiêu thụ trong một năm, vậy tại sao không sử dụng Cái này? Năng lượng mặt trời của tương lai sẽ là gì?
Một mặt, có vẻ như việc sử dụng năng lượng mặt trời là một lựa chọn lý tưởng. Tuy nhiên, chi phí của một trạm năng lượng mặt trời không gian khổng lồ là rất cao và bên cạnh đó, việc vận hành sẽ rất tốn kém. Cho nênthời gian, khi các công nghệ mới để vận chuyển hàng hóa vào không gian, cũng như các vật liệu mới, sẽ được đưa vào, việc thực hiện một dự án như vậy sẽ trở nên khả thi, nhưng hiện tại chúng ta chỉ có thể sử dụng những viên pin tương đối nhỏ trên bề mặt hành tinh. Nhiều người sẽ nói rằng điều này cũng tốt. Có, điều đó có thể xảy ra trong điều kiện của một ngôi nhà riêng, nhưng đối với việc cung cấp năng lượng cho các thành phố lớn, do đó, cần nhiều tấm pin mặt trời hoặc một công nghệ giúp chúng hoạt động hiệu quả hơn.
Mặt kinh tế của vấn đề cũng hiện diện ở đây: bất kỳ ngân sách nào cũng sẽ bị thiệt hại lớn nếu được giao nhiệm vụ chuyển đổi toàn bộ thành phố (hoặc toàn bộ quốc gia) sang các tấm pin mặt trời. Có vẻ như có thể bắt buộc cư dân của các thành phố phải trả một số tiền để trang bị lại, nhưng trong trường hợp này họ sẽ không hài lòng, bởi vì nếu mọi người sẵn sàng chi như vậy thì họ đã tự làm từ lâu rồi: mọi người đều có cơ hội mua pin năng lượng mặt trời.
Có một nghịch lý khác liên quan đến năng lượng mặt trời: chi phí sản xuất. Chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng không phải là điều hiệu quả nhất. Cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm ra cách nào tốt hơn là sử dụng tia nắng mặt trời để làm nóng nước, chất này biến thành hơi nước, làm quay một chiếc máy phát điện. Trong trường hợp này, tổn thất năng lượng là tối thiểu. Nhân loại muốn sử dụng các tấm pin mặt trời và trạm năng lượng mặt trời "xanh" để bảo tồn tài nguyên trên trái đất, nhưng một dự án như vậy sẽ đòi hỏi một lượng lớn tài nguyên tương tự và năng lượng "không phải xanh". Ví dụ, ở Pháp, một nhà máy điện mặt trời mới được xây dựng gần đây, có diện tích khoảng hai km vuông. Chi phí xây dựng khoảng 110 triệu euro, chưa bao gồm chi phí vận hành. Với tất cả những điều này, cần lưu ý rằng tuổi thọ của các cơ chế như vậy là khoảng 25 năm.
Gió
Năng lượng gió cũng đã được mọi người sử dụng từ thời cổ đại, ví dụ đơn giản nhất là chèo thuyền và cối xay gió. Cối xay gió vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay, đặc biệt là ở những nơi có gió thường xuyên, chẳng hạn như ở bờ biển. Các nhà khoa học không ngừng đưa ra các ý tưởng về cách hiện đại hóa các thiết bị hiện có để chuyển đổi năng lượng gió, một trong số đó là các tuabin gió ở dạng tuabin bay cao. Do quay liên tục nên chúng có thể “treo lơ lửng” trên không ở khoảng cách vài trăm mét so với mặt đất, nơi có gió mạnh và liên tục. Điều này sẽ giúp ích trong việc điện khí hóa các vùng nông thôn, nơi không thể sử dụng các cối xay gió tiêu chuẩn. Ngoài ra, những tuabin cao vút như vậy có thể được trang bị các mô-đun Internet, cung cấp cho mọi người quyền truy cập vào World Wide Web.
Thủy triều và sóng
Sự bùng nổ về năng lượng mặt trời và năng lượng gió đang dần tắt, và các năng lượng tự nhiên khác đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Nhiều hứa hẹn hơn là việc sử dụng ebbs và các luồng. Đã có khoảng một trăm công ty trên khắp thế giới đang giải quyết vấn đề này và có một số dự án đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp khai thác này.điện. Ưu điểm so với năng lượng mặt trời là tổn thất trong quá trình chuyển năng lượng này sang năng lượng khác là tối thiểu: sóng thủy triều làm quay một tuabin khổng lồ, tạo ra điện.
Project Oyster là ý tưởng lắp đặt một van bản lề dưới đáy đại dương giúp đưa nước vào bờ, từ đó quay một tuabin thủy điện đơn giản. Chỉ một công trình lắp đặt như vậy có thể cung cấp điện cho một huyện nhỏ.
Đã, sóng thủy triều được sử dụng thành công ở Úc: tại thành phố Perth, các nhà máy khử muối hoạt động bằng loại năng lượng này đã được lắp đặt. Công việc của họ cho phép cung cấp nước ngọt cho khoảng nửa triệu người. Năng lượng tự nhiên và công nghiệp cũng có thể được kết hợp trong ngành sản xuất năng lượng này.
Việc sử dụng năng lượng thủy triều có phần khác biệt so với các công nghệ mà chúng ta thường thấy trong các nhà máy thủy điện trên sông. Thông thường, các nhà máy thủy điện gây hại cho môi trường: các vùng lãnh thổ liền kề bị ngập lụt, hệ sinh thái bị phá hủy, nhưng các trạm hoạt động trên sóng thủy triều về mặt này an toàn hơn nhiều.
Năng lượng con người
Một trong những dự án tuyệt vời nhất trong danh sách của chúng tôi có thể được gọi là việc sử dụng năng lượng của những người đang sống. Nghe có vẻ kinh ngạc và thậm chí có phần kinh hãi, nhưng không phải mọi thứ đều đáng sợ như vậy. Các nhà khoa học ấp ủ ý tưởng về cách sử dụng năng lượng cơ học của chuyển động. Các dự án này là về vi điện tử và công nghệ nano với mức tiêu thụ điện năng thấp. Mặc dù nghe có vẻ như là một điều không tưởng, không có sự phát triển thực sự nào, nhưng ý tưởng này rấtthú vị và không để lại tâm trí của các nhà khoa học. Đồng ý, rất tiện lợi sẽ là các thiết bị, như đồng hồ lên dây cót tự động, sẽ được sạc khi cảm biến được vuốt bằng ngón tay, hoặc từ việc máy tính bảng hoặc điện thoại chỉ đơn giản là treo trong túi khi đi bộ. Chưa kể quần áo chứa đầy các thiết bị siêu nhỏ khác nhau có thể chuyển đổi năng lượng chuyển động của con người thành điện năng.
Ví dụ như tại Berkeley, trong phòng thí nghiệm của Lawrence, các nhà khoa học đã cố gắng hiện thực hóa ý tưởng sử dụng virus để chuyển đổi năng lượng áp suất thành điện năng. Ngoài ra còn có các cơ chế nhỏ được hỗ trợ bởi chuyển động, nhưng cho đến nay công nghệ như vậy vẫn chưa được đưa vào hoạt động. Đúng vậy, cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu không thể được giải quyết theo cách này: bao nhiêu người sẽ phải “bán rong” để khiến toàn bộ nhà máy hoạt động? Nhưng là một trong những biện pháp được sử dụng kết hợp, lý thuyết này khá khả thi.
Đặc biệt là những công nghệ như vậy sẽ hiệu quả ở những nơi khó tiếp cận, tại các trạm địa cực, trên núi và rừng taiga, giữa những người đi du lịch và khách du lịch không phải lúc nào cũng có cơ hội sạc các thiết bị của họ, nhưng giữ liên lạc là quan trọng, đặc biệt nếu nhóm rơi vào tình huống nguy cấp. Có thể ngăn chặn được bao nhiêu nếu mọi người luôn có một thiết bị liên lạc đáng tin cậy mà không phụ thuộc vào "phích cắm".
Pin nhiên liệu hydro
Có lẽ mọi chủ sở hữu xe hơi, khi nhìn vào chỉ báo lượng xăng gần bằng 0, đãý nghĩ sẽ tuyệt vời biết bao nếu chiếc xe chạy trên mặt nước. Nhưng bây giờ các nguyên tử của nó đã được các nhà khoa học chú ý đến như những vật thể thực của năng lượng. Thực tế là các hạt hydro - khí phổ biến nhất trong vũ trụ - chứa một lượng năng lượng khổng lồ. Hơn nữa, động cơ đốt cháy khí này mà hầu như không có sản phẩm phụ, có nghĩa là chúng ta có được một loại nhiên liệu rất thân thiện với môi trường.
Hydro được cung cấp nhiên liệu bởi một số mô-đun và tàu con thoi của ISS, nhưng trên Trái đất, nó tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất như nước. Vào những năm 80 ở Nga đã có sự phát triển của máy bay sử dụng hydro làm nhiên liệu, những công nghệ này thậm chí đã được đưa vào thực tế và các mô hình thử nghiệm đã chứng minh tính hiệu quả của chúng. Khi hydro được tách ra, nó sẽ di chuyển đến một pin nhiên liệu đặc biệt, sau đó, điện năng có thể được tạo ra trực tiếp. Đây không phải là năng lượng của tương lai, đây đã là hiện thực. Những chiếc xe tương tự đã được sản xuất với số lượng khá lớn. Honda, để nhấn mạnh tính linh hoạt của nguồn năng lượng và chiếc xe nói chung, đã tiến hành một cuộc thử nghiệm kết quả là chiếc xe được kết nối với mạng điện gia đình, nhưng không phải để sạc lại. Một chiếc ô tô có thể cung cấp năng lượng cho nhà riêng trong vài ngày hoặc lái gần năm trăm km mà không cần tiếp nhiên liệu.
Hạn chế duy nhất của nguồn năng lượng như vậy hiện tại là chi phí tương đối cao của những chiếc xe thân thiện với môi trường, và tất nhiên, một số lượng khá nhỏ các trạm hydro, nhưng nhiều quốc gia đã và đang có kế hoạch xây dựng chúng. Ví dụ, trongĐức đã có kế hoạch lắp đặt 100 trạm chiết rót vào năm 2017.
Sức nóng của trái đất
Biến nhiệt năng thành điện năng là bản chất của năng lượng địa nhiệt. Ở một số nước khó sử dụng các ngành khác, nó được sử dụng khá rộng rãi. Ví dụ, ở Philippines, 27% tổng lượng điện đến từ các nhà máy địa nhiệt, trong khi ở Iceland con số này là khoảng 30%. Thực chất của phương pháp sản xuất năng lượng này khá đơn giản, cơ chế hoạt động tương tự như động cơ hơi nước đơn giản. Trước khi có "hồ" magma, cần phải khoan một giếng để cung cấp nước qua đó. Khi tiếp xúc với magma nóng, nước ngay lập tức biến thành hơi nước. Nó tăng lên ở nơi nó quay một tuabin cơ học, do đó tạo ra điện.
Tương lai của năng lượng địa nhiệt là tìm ra những "kho chứa" magma lớn. Ví dụ, ở Iceland nói trên, họ đã thành công: trong một tích tắc của giây, magma nóng đã biến tất cả lượng nước được bơm thành hơi nước ở nhiệt độ khoảng 450 độ C, đây là một kỷ lục tuyệt đối. Hơi nước áp suất cao như vậy có thể làm tăng hiệu suất của nhà máy địa nhiệt lên nhiều lần, nó có thể trở thành động lực cho sự phát triển của năng lượng địa nhiệt trên toàn thế giới, đặc biệt là ở những khu vực bão hòa với núi lửa và suối nhiệt.
Sử dụng chất thải hạt nhân
Năng lượng hạt nhân, tại một thời điểm, đã gây ra tiếng vang lớn. Vì vậy, cho đến khi người ta nhận ra sự nguy hiểm của ngành công nghiệp nàynăng lượng. Tai nạn là có thể xảy ra, không ai tránh khỏi những trường hợp như vậy, nhưng chúng rất hiếm, nhưng chất thải phóng xạ xuất hiện đều đặn và cho đến gần đây, các nhà khoa học vẫn chưa thể giải quyết được vấn đề này. Thực tế là các thanh uranium - “nhiên liệu” truyền thống của các nhà máy điện hạt nhân, chỉ có thể sử dụng được 5%. Sau khi hoàn thành phần nhỏ này, toàn bộ thanh được gửi đến "bãi rác".
Trước đây, một công nghệ được sử dụng trong đó các thanh được ngâm trong nước, làm chậm nơtron, duy trì phản ứng ổn định. Bây giờ natri lỏng đã được sử dụng thay cho nước. Sự thay thế này không chỉ cho phép sử dụng toàn bộ khối lượng uranium mà còn có thể xử lý hàng chục nghìn tấn chất thải phóng xạ.
Điều quan trọng là phải loại bỏ hành tinh rác thải hạt nhân, nhưng có một "nhưng" trong chính công nghệ. Uranium là một nguồn tài nguyên và trữ lượng của nó trên Trái đất là hữu hạn. Nếu toàn bộ hành tinh được chuyển hoàn toàn sang năng lượng nhận được từ các nhà máy điện hạt nhân (ví dụ, ở Hoa Kỳ, các nhà máy điện hạt nhân chỉ sản xuất 20% tổng lượng điện tiêu thụ), thì trữ lượng uranium sẽ cạn kiệt khá nhanh và điều này lại dẫn đến nhân loại trước ngưỡng cửa của một cuộc khủng hoảng năng lượng, vì vậy năng lượng hạt nhân, mặc dù được hiện đại hóa, chỉ là một biện pháp tạm thời.
Nhiên liệu thực vật
Ngay cả Henry Ford, khi đã tạo ra "Model T" của mình, cũng mong đợi rằng nó sẽ chạy bằng nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, các mỏ dầu mới được phát hiện và nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế đã biến mất trong vài thập kỷ, nhưng bây giờquay lại lần nữa.
Trong mười lăm năm qua, việc sử dụng nhiên liệu thực vật như ethanol và dầu diesel sinh học đã tăng lên nhiều lần. Chúng được sử dụng làm nguồn năng lượng độc lập và làm chất phụ gia cho xăng. Một thời gian trước, hy vọng đã được ghim vào một nền văn hóa kê đặc biệt, được gọi là "canola". Nó hoàn toàn không thích hợp làm thức ăn cho người hoặc gia súc, nhưng nó có hàm lượng dầu cao. Từ loại dầu này họ bắt đầu sản xuất "dầu diesel sinh học". Nhưng cây trồng này sẽ chiếm quá nhiều không gian nếu bạn cố gắng trồng đủ để cung cấp nhiên liệu cho ít nhất một phần của hành tinh.
Bây giờ các nhà khoa học đang nói về công dụng của tảo. Hàm lượng dầu của chúng là khoảng 50%, điều này sẽ giúp cho việc chiết xuất dầu trở nên dễ dàng và chất thải có thể được biến thành phân bón, trên cơ sở đó tảo mới sẽ được phát triển. Ý tưởng này được coi là thú vị, nhưng khả năng tồn tại của nó vẫn chưa được chứng minh: việc công bố các thí nghiệm thành công trong lĩnh vực này vẫn chưa được công bố.
Kết hợp
Năng lượng tương lai của thế giới, theo các nhà khoa học hiện đại, không thể thiếu các công nghệ nhiệt hạch. Đây hiện là sự phát triển hứa hẹn nhất trong đó hàng tỷ đô la đã được đầu tư.
Nhà máy điện hạt nhân sử dụng năng lượng phân hạch. Nguy hiểm vì có nguy cơ phản ứng không kiểm soát được sẽ phá hủy lò phản ứng và dẫn đến thải ra một lượng lớn chất phóng xạ: có lẽ ai cũng nhớ vụ tai nạn ở nhà máy điện nguyên tử Chernobyl.
Trong phản ứng nhiệt hạch màNhư tên của nó, năng lượng giải phóng trong quá trình hợp nhất của các nguyên tử được sử dụng. Kết quả là, không giống như sự phân hạch nguyên tử, không có chất thải phóng xạ nào được tạo ra.
Vấn đề chính là do kết quả của phản ứng tổng hợp, một chất được hình thành có nhiệt độ cao đến mức có thể phá hủy toàn bộ lò phản ứng.
Năng lượng này của tương lai là hiện thực. Và những tưởng tượng là không phù hợp ở đây, hiện tại việc xây dựng lò phản ứng đã bắt đầu ở Pháp. Nhiều tỷ đô la đã được đầu tư vào một dự án thử nghiệm do nhiều quốc gia tài trợ, ngoài EU, bao gồm Trung Quốc và Nhật Bản, Mỹ, Nga và các quốc gia khác. Ban đầu, những thử nghiệm đầu tiên được lên kế hoạch thực hiện sớm nhất là vào năm 2016, nhưng các tính toán cho thấy kinh phí quá ít (thay vì 5 tỷ thì phải mất 19), và việc phóng thử đã bị hoãn lại 9 năm nữa. Có lẽ trong một vài năm nữa, chúng ta sẽ thấy sức mạnh nhiệt hạch có khả năng như thế nào.
Thách thức của hiện tại và cơ hội cho tương lai
Không chỉ các nhà khoa học, mà các nhà văn khoa học viễn tưởng cũng đưa ra rất nhiều ý tưởng cho việc triển khai công nghệ năng lượng trong tương lai, nhưng tất cả mọi người đều đồng ý rằng cho đến nay không có phương án nào được đề xuất có thể đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu của nền văn minh của chúng ta. Ví dụ, nếu tất cả ô tô ở Hoa Kỳ chạy bằng nhiên liệu sinh học, các cánh đồng cải dầu sẽ phải có diện tích bằng một nửa diện tích cả nước, bất kể thực tế là không có quá nhiều đất phù hợp cho nông nghiệp ở Hoa Kỳ. Hơn nữa, cho đến nay tất cả các phương thức sản xuấtnăng lượng thay thế - đường. Có lẽ mọi cư dân thành phố bình thường đều đồng ý rằng điều quan trọng là sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo, thân thiện với môi trường, nhưng không phải khi họ được biết cái giá phải trả của một quá trình chuyển đổi như vậy vào lúc này. Các nhà khoa học vẫn còn rất nhiều việc phải làm trong lĩnh vực này. Khám phá mới, vật liệu mới, ý tưởng mới - tất cả những điều này sẽ giúp nhân loại đối phó thành công với cuộc khủng hoảng tài nguyên đang rình rập. Vấn đề năng lượng của hành tinh chỉ có thể được giải quyết bằng các biện pháp toàn diện. Ở một số khu vực, việc sử dụng năng lượng gió, ở một số nơi thuận tiện hơn - các tấm pin mặt trời, v.v. Nhưng có lẽ yếu tố chính sẽ là việc giảm tiêu thụ năng lượng nói chung và tạo ra các công nghệ tiết kiệm năng lượng. Mỗi người phải hiểu rằng mình có trách nhiệm với hành tinh, và mỗi người phải tự đặt câu hỏi: "Mình chọn loại năng lượng nào cho tương lai?" Trước khi chuyển sang các nguồn tài nguyên khác, mọi người nên nhận ra rằng điều này thực sự cần thiết. Chỉ với một cách tiếp cận tích hợp thì mới có thể giải quyết được vấn đề tiêu thụ năng lượng.
