Problem energetyczny i sposoby jego rozwiązania. Perspektywy alternatywnej energii

Czas nie stoi w miejscu. W dawnych czasach ludzie wykorzystywali jako źródło energii tylko własną siłę, lub, jeśli to możliwe, siłę zwierząt domowych. Wtedy pierwszym zewnętrznym źródłem energii, którego ludzie nauczyli się używać, był ogień. Wszystko, co pierwotnie udało się uzyskać z ognia, to gotowanie i ogrzewanie domów. Dzisiaj służba ludzkości to źródła energii, które przekraczają ludzką moc miliony razy. Teraz przygotowujemy jedzenie nie tylko za pomocą ognia, podnosimy ton ładunku specjalnym sprzętem, używamy rakiet, podbijamy przestrzeń, zaglądamy w głąb Ziemi i budujemy miliony miast. Jednak na świecie pojawia się coraz więcej lokalnych kryzysów energetycznych związanych z brakiem zasobów energetycznych.

Prawo energetyczne

Energia nigdy nie znika, może zmieniać kształt i gromadzić się. Na przykład rośliny potrzebują światła słonecznego, przekształcają energię słoneczną i akumulują ją. Jednocześnie przekazują nam je w postaci produktów jadalnych, ludzie i zwierzęta konsumują te rośliny i przetwarzają energię, którą gromadzą na przykład w pracy mięśni. Z drugiej strony palenie drewna na stosie wyzwala również energię ze słońca. Ponadto wszystko zasoby kopalne planety, głównie węgiel, gaz ziemny, ropa naftowa, są akumulatorami energii słonecznej. Wszystkie te zasoby energii powstały z pozostałości zwierząt i roślin, które istniały miliony lat temu, pod wpływem ciśnienia i ekstremalnie wysokich temperatur w skorupie ziemskiej.

Wydaje się średniowiecznemu człowiekowi być magicznym, jeśli przed jego oczami ktoś mógłby wyjąć światło z węgla lub wprawić samochód w ruch za pomocą oleju. Ale ta magia polega tylko na umożliwieniu gromadzenia energii i jej przejścia z jednej formy do drugiej. W naszych czasach proces ten stał się tak powszechny dla wszystkich, że niewiele osób myśli o problemie energetycznym i zasobach, które przyjmujemy w tym celu. Od czasu, gdy ludzkość zaczęła odkrywać sekrety energii, stara się uzyskać energię po najniższych kosztach. Idealną opcją byłoby wynalezienie wehikułu czasu, tak zwanego "perpertum mobile", który wytwarzałby energię samą w sobie, wydobywając ją z niczego. Ale, niestety, niemożliwe jest stworzenie takiego wiecznego silnika, który rozwiązałby wszystkie problemy związane z zasobami energetycznymi. Całkowita ilość energii pozostaje zawsze taka sama, nie można jej wytworzyć, można jedynie uwolnić zgromadzoną energię i zamienić ją w inną: światło, elektryczność, ciepło, fizykę, chemikalia itp.

Woda jako źródło energii

Osoba może używać potężnej siły wody, w niektórych etapach ingeruje w naturalny obieg wody, w celu wydobycia energii w ten sposób. Obecnie energia hydroelektryczna wytwarzana jest w postaci elektryczności, która może być akumulowana lub natychmiast zużywana zgodnie z przeznaczeniem.

Niesamowita siła fal morskich co sekundę rozbija się na licznych wybrzeżach, a ich potężna energia spełnia swoje zadanie. Jednak ludzkość wciąż nie jest w stanie wykorzystać mocy fal morskich do produkcji energii, chociaż istnieje niezliczona ilość teoretycznych modeli i pomysłów na ich wdrożenie, aby rozwiązać problem energii. Od niedawna, po wypadku w elektrowni atomowej w Czarnobylu, rządy wielu państw morskich poważnie zainteresowały się tym bezpiecznym źródłem energii, a wcześniej testy były prowadzone głównie w dziedzinie energii atomowej.

Węgiel

Wszystkie rodzaje węgla są wynikiem procesu, który trwał przez miliony lat, podczas którego pozostałości różnych roślin rozłożyły się i przekształciły w torf pod wysokim ciśnieniem, a następnie w węgiel. Przez miliony lat osady te wnikały głębiej i głębiej w skorupę ziemską, pokryte nowymi warstwami z góry. Na przykład warstwa torfu o długości 50 metrów została zagęszczona do złoża węgla o długości 3 metrów. Po pierwsze, w I wieku naszej ery Rzymianie rozgrzali swoje mieszkania za pomocą węgla. Badacze uważają, że torf był używany do ogrzewania w okresie prehistorycznym. I dopiero w XVI wieku węgiel zaczął być wykorzystywany w Europie jako paliwo.

Węgiel i olej w ich pochodzeniu i skład chemiczny należą do tej samej grupy. W rzeczywistości, zarówno z węgla, jak i ropy, można dostać benzyny. Metoda ta została opracowana w Niemczech podczas II wojny światowej, kiedy ropa nie była wystarczająca do produkcji benzyny. Metoda ta polega na tym, że w procesie spalania węgiel jest kruszony i podlega pewnym procesom chemicznym, co daje doskonałe paliwo.

Olej

Podobnie jak inne rodzaje paliw kopalnych, które ludzie płoną, aby produkować ciepło i energię elektryczną, ropa ma wyjątkowo poważny wiek. Najstarszy pola naftowe powstały 600 milionów lat temu. Olej wypełniał wszystkie puste przestrzenie i pęknięcia skorupy ziemskiej, tworząc ogromne pokłady. Obecnie są aktywnie poszukiwane, studnie są wiercone, a ogromne złoża tych złóż są wydobywane.

Z ropy naftowej powstaje coraz więcej substancji konsumowanych przez ludzkość. Benzyna i olej napędowy to nie jedyne produkty konsumowane przez ludzi. Olej jest surowcem do produkcji leków, sztucznych tkanek, trucizn, nawozów mineralnych, kosmetyków, tworzyw sztucznych. Nie podejrzewamy nawet, w jaki sposób ludzkość jest zależna od tych zasobów paliwa i energii. Nic dziwnego, że najbogatsze kraje świata produkują kraje i producenci ropy. W dzisiejszych czasach wszędzie dominuje ropa naftowa. Żadna inna forma mocy nie może zastąpić ropy jako źródła energii.

Gaz ziemny

Gazem używanym do ogrzewania, gotowania lub wytwarzania energii elektrycznej jest w większości przypadków propan, butan lub gaz ziemny. Został odkryty podczas wiercenia pierwszych szybów naftowych prawie przez przypadek. Obecnie gaz ziemny stanowi jedną piątą światowego zapotrzebowania na energię.

Gaz ziemny, który spala się podczas gotowania, emituje energię dwa razy więcej niż wytwarzany prąd elektryczny elektrownie cieplne. Gaz ziemny, podobnie jak węgiel, jest paliwem kopalnym, ale jego pochodzenie jest bliższe ropie naftowej. Dlatego wytwarza się go razem z olejem lub w postaci niezależnych formacji gazowych. Najłatwiej jest wydobywać gaz ziemny z pól podziemnych, jak na Bliskim Wschodzie lub na Syberii. Bezpieczeństwo podczas jego rozwoju zapewnia system łączenia rur i zaworów, dzięki którym regulują ciśnienie, ponieważ pola gazowe znajdują się pod ogromnym ciśnieniem.

Główne europejskie złoża gazu znajdują się we Włoszech, Francji i Holandii, a także na Morzu Północnym, w pobliżu wybrzeży Wielkiej Brytanii i Norwegii. Ponadto Rosja dostarcza syberyjskiemu gazowi rozległy system gazociągów do krajów Europy Środkowej. Rosja jest głównym dostawcą gazu, a jedna trzecia wszystkich rezerw gazu wykorzystywanych na świecie pochodzi z Syberii.

Energia z atomów

Ludzkość nauczyła się, jak pozyskiwać energię atomową w elektrowniach, dzieląc jądro atomu uranu. Jest to element, który ma niestabilne jądro i jest najłatwiej rozdzielany przez działanie neutronów. W wyniku rozpadu jądra uwalniane są nowe neutrony, które z kolei rozszczepiają inne jądra atomowe. Proces ten przekształca się w reakcję łańcuchową i uwalnia ogromną ilość energii, którą wykorzystuje się do przekształcania wody w parę, napędzając turbinę i generator elektryczny. Niestety, ten sposób rozwiązania problemu energetycznego jest niebezpieczny, wraz z energią jąder atomowych pojawia się promieniowanie radioaktywne, niebezpieczne dla wszystkich żywych organizmów. Dlatego należy zmaksymalizować ochronę przy specjalnych pokrywach w takich elektrowniach.

Energia miękka

Zdaniem naukowców, rozwiązanie problemu energii w przyszłości dla miękkich alternatywnych form energii. Istnieją takie formy, jak energia wiatrowa, bioenergia i energia słoneczna. Nie marnują minerałów i nie szkodzą środowisku. Są również nazywane odnawialnymi źródłami energii. Dopóki istnieje życie na Ziemi, energia wiatru, bioenergia i energia słoneczna są niewyczerpane, a źródła kopalne, takie jak węgiel, gaz i ropa, pewnego dnia znikną.

Bioenergia

Bioenergia to energia wytwarzana z roślin. Dla zwierząt i ludzi rośliny są najważniejszym źródłem energii i żywności. Rośliny otrzymują zapas energii bezpośrednio ze Słońca, drewno - nośnik odnawialnej bioenergii. Ale nasze potrzeby społeczeństwo przemysłowe tak duże, że całe drewno na planecie może zaspokoić tylko niewielką jego część, bez rozwiązania problemu energetycznego. W wielu krajach drewno jest głównym źródłem energii. Niekontrolowane wycinki prowadzą do zmniejszenia liczby drzew, ponieważ często nie ma wystarczającej ilości pieniędzy na swoje plantacje. W tym przypadku to źródło stopniowo staje się nieodnawialne, co będzie jedną z przyczyn problemu energetycznego.

Alternatywną i obiecującą metodą pozyskiwania energii jest produkcja biogazu. Powstaje z niszczonych substancji ze świata zwierząt i roślin przy braku kontaktu z powietrzem. Rolnictwo, w którym duża ilość biomasy jest zbierana jako odpad, może wykorzystywać specjalne instalacje biogazu do produkcji metanu. Eksploatacja takich obiektów nie szkodzi środowisku, a ich wykorzystanie nie wymaga żadnych kosztów. Rozwiązanie problemu energii i surowców w takich alternatywnych źródłach. Ale oczywiście trzeba je najpierw zbudować, a pierwsze eksperymenty zawsze wiążą się z wysokimi kosztami. Ciekawy sposób na wydawanie mniejszej ilości gazu, na przykład w Brazylii. Wytwarzają bioalkohol, płyn otrzymywany z fermentacji trzciny cukrowej i kukurydzy. Alkohol ten dodaje się do zwykłej benzyny. W ten sposób kraj staje się mniej zależny od importu benzyny.

Innym przykładem wykorzystania bioenergii jest wybrzeże Kalifornii. Na farmach morskich uprawiana jest jedna z odmian wodorostów, która rośnie o pół metra dziennie. Są również przetwarzane w celu produkcji benzyny, a inne rodzaje glonów są wykorzystywane jako surowce w elektrowniach cieplnych, zmniejszając problem energii i surowców.

Energia wiatru

Wiatr jest jednym z tradycyjnych źródeł energii. Nawet w VII wieku przed naszą erą. e. W Persji używano wiatraków, aw 1920 r., Po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych, do produkcji energii elektrycznej używano wiatraków. Jeszcze 10 lat później wybudowano instalacje wiatrowe w Austrii i Bawarii, które dostarczały całe obszary własną energią elektryczną.

Nowoczesne elektrownie wytwarzają energię elektryczną. Za pomocą siły wiatru poruszają się generatory elektryczne, które zasilają sieć energetyczną lub akumulują energię w akumulatorach. Zdaniem ekspertów wykorzystanie energii wiatrowej ma wielką przyszłość, jeśli ludzkość woli rozwijać alternatywną technologię energetyczną niż energię jądrową i wykorzystanie ropy jako źródła energii.

Energia słoneczna

Z punktu widzenia produkcji energii możemy uznać Słońce za rodzaj atomowego reaktora o niezwykłej mocy. Tylko mała cząstka dociera do Ziemi, ale nawet ona daje możliwość życia. Czy możliwa jest konwersja energii słonecznej bezpośrednio na energię elektryczną? Tak, jest to całkiem możliwe dzięki panelom słonecznym. Już dziś, wszędzie tam, gdzie słońce świeci jasno, a potrzeby energii elektrycznej są niewielkie, otrzymują energię bezpośrednio ze słońca. Panele słoneczne to płyty, które mają dwie wyjątkowo cienkie warstwy. Jedna warstwa składa się z krzemu, druga - z krzemu i boru. Wraz ze światłem słonecznym, które uderza w baterię słoneczną, fotony wnikają w jej zewnętrzną warstwę - najmniejsze cząstki światła emitowane przez słońce. Prowadzą elektrony w ruchu, przenosząc je do drugiej warstwy, a tym samym powodując napięcie elektryczne. Przeniesione elektrony wchodzą do obecnego akumulatora, a następnie - do przewodów elektrycznych. Tak więc na przykład stacje zasilane energią słoneczną już rozwiązują problem energii na Dalekim Wschodzie.

Panele słoneczne są stale ulepszane. Chociaż są one nadal bardzo drogie, ale mamy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości staną się one dość skuteczne i tanie i będą w stanie rozwiązać globalny problem energetyczny, aby zaspokoić znaczną część potrzeb energetycznych ludzkości. Takie farmy słoneczne są obecnie w obszarach niemieszkalnych z powodu ekstremalnego ciepła. Perspektywy wykorzystania energii słonecznej są ogromne, zdaniem ekspertów, jeśli technologia wytwarzania wodoru będzie się nadal rozwijać, to energia słoneczna zgromadzona w obszarach pustynnych może być dostarczana w postaci wodoru do krajów konsumpcyjnych.

Dlaczego oszczędzać zapasy energii?

Depozyty ropy, węgla i gazu ziemnego, tworzone przez naszą planetę przez miliony lat, ludzkość spędza kilka lat. Kiedy bezużytecznie zużywamy te rezerwy, zwiększając wydobycie nośników energii, rabujemy naszych potomków.

W ten sposób zaburzamy równowagę energii na Ziemi, ponieważ stosunek energii odbieranej i oddawanej z powrotem do kosmosu powinien być zrównoważony. Jeśli ludzkość niszczy i spala zasoby energii, powstają gazy, które zapobiegają powrotowi nadmiaru energii słonecznej do przestrzeni kosmicznej. W rezultacie powstaje globalny problem energetyczny - nasza planeta się ociepla, pojawia się zjawisko zwane efektem cieplarnianym. Efekt cieplarniany może zmienić globalny klimat tak bardzo, że pustynie będą się rozszerzać, niszczą tornada, lód topi się na biegunach, poziom morza znacznie wzrośnie, wiele wybrzeży zostanie zalanych wodą.

Ponadto nadszedł już czas wyczerpywania zasobów energetycznych. Naukowcy brzmią alarmująco, twierdząc, że rezerwy kopalne energii będą trwać przez kilka dekad, wtedy zużycie energii zmniejszy się i ludzkie dobro też. Rozwiązanie problemu w szybkim przejściu społeczeństwa do rozsądnego zużycia zasobów energii i rozwoju nowych alternatywnych i bezpiecznych metod produkcji energii.