No es ningún secreto que los recursos utilizados por la humanidad hoy en día son finitos, además, su mayor extracción y uso puede conducir no solo a la energía, sino también al desastre ambiental. Los recursos tradicionalmente utilizados por la humanidad -carbón, gas y petróleo- se agotarán en unas pocas décadas, y es necesario tomar medidas ahora, en nuestro tiempo. Por supuesto, podemos esperar que volvamos a encontrar algún depósito rico, tal como lo fue en la primera mitad del siglo pasado, pero los científicos están seguros de que ya no existen depósitos tan grandes. Pero en cualquier caso, incluso el descubrimiento de nuevos yacimientos solo retrasará lo inevitable, es necesario encontrar formas de producir energía alternativa y cambiar a recursos renovables como el viento, el sol, la energía geotérmica, la energía del flujo de agua y otros, y junto con esto, es necesario seguir desarrollando tecnologías de ahorro de energía.
En este artículo, consideraremos algunas de las ideas más prometedoras, según la opinión de los científicos modernos, sobre las cuales se construirá la energía del futuro.
Estaciones solares
La gente se ha preguntado durante mucho tiempo si es posible usar energíasol en la tierra. El agua se calentaba al sol, la ropa y la cerámica se secaban antes de enviarlos al horno, pero estos métodos no pueden llamarse efectivos. Los primeros medios técnicos que convierten la energía solar aparecieron en el siglo XVIII. El científico francés J. Buffon mostró un experimento en el que logró encender un árbol seco con la ayuda de un gran espejo cóncavo en tiempo despejado desde una distancia de unos 70 metros. Su compatriota, el famoso científico A. Lavoisier, utilizó lentes para concentrar la energía del sol, y en Inglaterra crearon un vidrio biconvexo que, al enfocar los rayos del sol, fundía el hierro fundido en tan solo unos minutos.
Los científicos naturales realizaron muchos experimentos que demostraron que el uso de la energía solar en la Tierra es posible. Sin embargo, una batería solar que convertiría la energía solar en energía mecánica apareció hace relativamente poco tiempo, en 1953. Fue creado por científicos de la Agencia Aeroespacial Nacional de los Estados Unidos. Ya en 1959 se utilizó por primera vez una batería solar para equipar un satélite espacial.
Quizás incluso entonces, al darse cuenta de que tales baterías son mucho más eficientes en el espacio, a los científicos se les ocurrió la idea de crear estaciones solares espaciales, porque en una hora el sol genera tanta energía como toda la humanidad no consume en un año, así que ¿por qué no usar esto? ¿Cuál será la energía solar del futuro?
Por un lado, parece que el aprovechamiento de la energía solar es una opción ideal. Sin embargo, el costo de una enorme estación solar espacial es muy alto y, además, su operación será costosa. Asi quetiempo, cuando se introduzcan nuevas tecnologías para la entrega de bienes al espacio, así como nuevos materiales, la implementación de dicho proyecto será posible, pero por ahora solo podemos usar baterías relativamente pequeñas en la superficie del planeta. Muchos dirán que esto también es bueno. Sí, es posible en las condiciones de una casa privada, pero para el suministro de energía de las grandes ciudades, en consecuencia, se necesitan muchos paneles solares o una tecnología que los haga más eficientes.
El lado económico del asunto también está presente aquí: cualquier presupuesto sufrirá mucho si se le encomienda la tarea de convertir una ciudad entera (o un país entero) en paneles solares. Parecería que es posible obligar a los habitantes de las ciudades a pagar algunas cantidades por el reequipamiento, pero en este caso no estarán contentos, porque si las personas estuvieran dispuestas a hacer tales gastos, lo habrían hecho ellos mismos hace mucho tiempo: todos tienen la oportunidad de comprar una batería solar.
Hay otra paradoja con respecto a la energía solar: los costos de producción. Convertir la energía solar en electricidad directamente no es lo más eficiente. Hasta el momento, no se ha encontrado una mejor manera que utilizar los rayos del sol para calentar agua, la cual, convirtiéndose en vapor, hace girar a su vez una dínamo. En este caso, la pérdida de energía es mínima. La humanidad quiere usar paneles solares y estaciones solares "verdes" para conservar los recursos en la tierra, pero tal proyecto requeriría una gran cantidad de los mismos recursos y energía "no verde". Por ejemplo, en Francia, recientemente se construyó una planta de energía solar que cubre un área de aproximadamente dos kilómetros cuadrados. El costo de la construcción fue de unos 110 millones de euros, sin incluir los costos operativos. Con todo esto, hay que tener en cuenta que la vida útil de este tipo de mecanismos es de unos 25 años.
Viento
La energía eólica también ha sido utilizada por personas desde la antigüedad, siendo el ejemplo más simple la navegación a vela y los molinos de viento. Los molinos de viento todavía están en uso hoy en día, especialmente en áreas con vientos constantes, como en la costa. Los científicos constantemente presentan ideas sobre cómo modernizar los dispositivos existentes para convertir la energía eólica, uno de ellos son las turbinas eólicas en forma de turbinas voladoras. Debido a la rotación constante, podrían "colgarse" en el aire a una distancia de varios cientos de metros del suelo, donde el viento es fuerte y constante. Esto ayudaría en la electrificación de áreas rurales donde el uso de molinos de viento estándar no es posible. Además, tales aerogeneradores podrían estar equipados con módulos de Internet, lo que proporcionaría a las personas acceso a la World Wide Web.
Mareas y olas
El auge de la energía solar y eólica se está desvaneciendo gradualmente, y otras energías naturales han atraído el interés de los investigadores. Más prometedor es el uso de flujos y reflujos. Ya, alrededor de cien empresas en todo el mundo están lidiando con este problema, y hay varios proyectos que han demostrado la efectividad de este método de minería.electricidad. La ventaja sobre la energía solar es que las pérdidas durante la transferencia de una energía a otra son mínimas: el maremoto hace girar una enorme turbina, que genera electricidad.
Project Oyster es la idea de instalar una válvula articulada en el fondo del océano que traerá agua a la orilla, haciendo así girar una simple turbina hidroeléctrica. Una sola instalación de este tipo podría proporcionar electricidad a un pequeño microdistrito.
Ya se utilizan con éxito los maremotos en Australia: en la ciudad de Perth se han instalado plantas desalinizadoras que funcionan con este tipo de energía. Su trabajo permite proporcionar agua dulce a cerca de medio millón de personas. La energía natural y la industria también se pueden combinar en esta industria de producción de energía.
El uso de la energía mareomotriz es algo diferente de las tecnologías que estamos acostumbrados a ver en las centrales hidroeléctricas fluviales. A menudo, las centrales hidroeléctricas dañan el medio ambiente: los territorios adyacentes se inundan, el ecosistema se destruye, pero las centrales que funcionan con maremotos son mucho más seguras en este sentido.
Energía humana
Uno de los proyectos más fantásticos de nuestra lista puede llamarse el uso de la energía de las personas vivas. Suena impresionante e incluso algo aterrador, pero no todo da tanto miedo. Los científicos aprecian la idea de cómo utilizar la energía mecánica del movimiento. Estos proyectos son sobre microelectrónica y nanotecnologías con bajo consumo de energía. Si bien suena como una utopía, no hay desarrollos reales, pero la idea es muyinteresante y no sale de la mente de los científicos. De acuerdo, serán muy convenientes los dispositivos que, como los relojes con cuerda automática, se cargarán por el hecho de que el sensor se desliza con un dedo, o por el hecho de que una tableta o teléfono simplemente cuelga en una bolsa al caminar. Sin mencionar la ropa que, llena de varios microdispositivos, podría convertir la energía del movimiento humano en electricidad.
En Berkeley, en el laboratorio de Lawrence, por ejemplo, los científicos intentaron realizar la idea de usar virus para convertir la energía de la presión en electricidad. También hay pequeños mecanismos alimentados por movimiento, pero hasta ahora dicha tecnología no se ha puesto en marcha. Sí, la crisis energética mundial no se puede abordar de esta manera: ¿cuántas personas tendrán que "vendear" para que toda la planta funcione? Pero como una de las medidas usadas en combinación, la teoría es bastante viable.
Especialmente, estas tecnologías serán efectivas en lugares de difícil acceso, en estaciones polares, en las montañas y la taiga, entre viajeros y turistas que no siempre tienen la oportunidad de cargar sus dispositivos, pero mantenerse en contacto es importante, especialmente si el grupo se encontraba en una situación crítica. Cuánto se podría prevenir si las personas siempre tuvieran un dispositivo de comunicación confiable que no dependiera del "enchufe".
Células de combustible de hidrógeno
Quizás todos los propietarios de automóviles, mirando el indicador de la cantidad de gasolina cercana a cero, habíanla idea de lo maravilloso que sería si el coche funcionara con agua. Pero ahora sus átomos han llamado la atención de los científicos como objetos reales de energía. El hecho es que las partículas de hidrógeno, el gas más común en el universo, contienen una gran cantidad de energía. Además, el motor quema este gas prácticamente sin subproductos, lo que significa que obtenemos un combustible muy ecológico.
El hidrógeno es alimentado por algunos módulos y transbordadores de la ISS, pero en la Tierra existe principalmente en forma de compuestos como el agua. En los años ochenta en Rusia hubo desarrollos de aeronaves que utilizaban hidrógeno como combustible, estas tecnologías incluso se pusieron en práctica, y los modelos experimentales demostraron su eficacia. Cuando se separa el hidrógeno, se mueve a una celda de combustible especial, después de lo cual se puede generar electricidad directamente. Esta no es la energía del futuro, esto ya es una realidad. Ya se están produciendo autos similares y en lotes bastante grandes. Honda, para enfatizar la versatilidad de la fuente de energía y del automóvil en su conjunto, realizó un experimento en el que el automóvil se conectaba a la red eléctrica doméstica, pero no para recargarse. Un automóvil puede alimentar una casa privada durante varios días o recorrer casi quinientos kilómetros sin repostar.
El único inconveniente de esta fuente de energía en este momento es el costo relativamente alto de estos autos ecológicos y, por supuesto, una cantidad bastante pequeña de estaciones de hidrógeno, pero muchos países ya están planeando construirlas. por ejemplo, enAlemania ya tiene un plan para instalar 100 estaciones de servicio para 2017.
Calor de la tierra
Convertir la energía térmica en electricidad es la esencia de la energía geotérmica. En algunos países donde es difícil usar otras industrias, se usa bastante. Por ejemplo, en Filipinas, el 27 % de toda la electricidad proviene de plantas geotérmicas, mientras que en Islandia esta cifra ronda el 30 %. La esencia de este método de producción de energía es bastante simple, el mecanismo es similar a una simple máquina de vapor. Antes del supuesto "lago" de magma, es necesario perforar un pozo por el que se abastece de agua. Al entrar en contacto con el magma caliente, el agua se convierte instantáneamente en vapor. Se eleva donde hace girar una turbina mecánica, generando así electricidad.
El futuro de la energía geotérmica es encontrar grandes "almacenes" de magma. Por ejemplo, en la citada Islandia lo consiguieron: en una fracción de segundo, el magma caliente convirtió en vapor toda el agua bombeada a una temperatura de unos 450 grados centígrados, lo que supone un récord absoluto. Tal vapor a alta presión puede aumentar varias veces la eficiencia de una planta geotérmica, puede convertirse en un impulso para el desarrollo de la energía geotérmica en todo el mundo, especialmente en áreas saturadas de volcanes y fuentes termales.
Uso de residuos nucleares
La energía nuclear, en un momento, hizo un chapoteo. Así fue hasta que la gente se dio cuenta del peligro de esta industria.energía. Los accidentes son posibles, nadie es inmune a tales casos, pero son muy raros, pero los desechos radiactivos aparecen de manera constante y hasta hace poco, los científicos no podían resolver este problema. El hecho es que las barras de uranio, el "combustible" tradicional de las centrales nucleares, solo pueden ser utilizadas en un 5%. Después de trabajar esta pequeña parte, la barra entera se envía al "vertedero".
Anteriormente, se utilizaba una tecnología en la que las varillas se sumergían en agua, lo que ralentizaba los neutrones, manteniendo una reacción constante. Ahora se ha utilizado sodio líquido en lugar de agua. Esta sustitución permite no solo utilizar todo el volumen de uranio, sino también procesar decenas de miles de toneladas de residuos radiactivos.
Es importante librar al planeta de los desechos nucleares, pero hay un "pero" en la tecnología misma. El uranio es un recurso, y sus reservas en la Tierra son finitas. Si todo el planeta se cambia exclusivamente a la energía recibida de las plantas de energía nuclear (por ejemplo, en los Estados Unidos, las plantas de energía nuclear producen solo el 20% de toda la electricidad consumida), las reservas de uranio se agotarán con bastante rapidez, y esto llevará nuevamente a la humanidad. al umbral de una crisis energética, por lo que la energía nuclear, aunque modernizada, es solo una medida temporal.
Combustible vegetal
Incluso Henry Ford, habiendo creado su "Modelo T", esperaba que ya funcionara con biocombustibles. Sin embargo, en ese momento, se descubrieron nuevos campos petroleros y la necesidad de fuentes de energía alternativas desapareció durante varias décadas, pero ahoravolver otra vez.
Durante los últimos quince años, el uso de combustibles vegetales como el etanol y el biodiesel se ha multiplicado varias veces. Se utilizan como fuentes independientes de energía y como aditivos para la gasolina. Hace algún tiempo, las esperanzas estaban puestas en una cultura especial del mijo, llamada "canola". Es completamente inadecuado para la alimentación humana o del ganado, pero tiene un alto contenido de aceite. A partir de este aceite se empezó a producir "biodiesel". Pero este cultivo ocupará demasiado espacio si intentas cultivar lo suficiente para alimentar al menos una parte del planeta.
Ahora los científicos están hablando sobre el uso de algas. Su contenido de aceite es de aproximadamente el 50%, lo que hará que sea igual de fácil extraer el aceite, y los desechos se pueden convertir en fertilizantes, a partir de los cuales se cultivarán nuevas algas. La idea se considera interesante, pero aún no se ha probado su viabilidad: aún no se ha publicado la publicación de experimentos exitosos en esta área.
Fusión
La energía futura del mundo, según los científicos modernos, es imposible sin las tecnologías de fusión termonuclear. Este es actualmente el desarrollo más prometedor en el que ya se están invirtiendo miles de millones de dólares.
Las centrales nucleares utilizan energía de fisión. Es peligroso porque existe la amenaza de una reacción descontrolada que destruirá el reactor y provocará la liberación de una gran cantidad de sustancias radiactivas: tal vez todos recuerden el accidente en la central nuclear de Chernóbil.
En reacciones de fusión queComo su nombre lo indica, se utiliza la energía liberada durante la fusión de los átomos. Como resultado, a diferencia de la fisión atómica, no se producen residuos radiactivos.
El principal problema es que como resultado de la fusión se forma una sustancia que tiene una temperatura tan alta que puede destruir todo el reactor.
Esta energía del futuro es una realidad. Y las fantasías son inapropiadas aquí, en este momento la construcción del reactor ya ha comenzado en Francia. Se han invertido varios miles de millones de dólares en un proyecto piloto financiado por muchos países, que, además de la UE, incluyen a China y Japón, EE. UU., Rusia y otros. Inicialmente, se planeó lanzar los primeros experimentos a principios de 2016, pero los cálculos mostraron que el presupuesto era demasiado pequeño (en lugar de 5 mil millones, tomó 19) y el lanzamiento se pospuso por otros 9 años. Tal vez en unos años veremos de qué es capaz la energía de fusión.
Retos del presente y oportunidades para el futuro
No solo los científicos, sino también los escritores de ciencia ficción dan muchas ideas para la implementación de tecnología futura en energía, pero todos están de acuerdo en que hasta ahora ninguna de las opciones propuestas puede satisfacer completamente todas las necesidades de nuestra civilización. Por ejemplo, si todos los automóviles en los Estados Unidos funcionan con biocombustibles, los campos de canola tendrían que cubrir un área equivalente a la mitad del país, independientemente del hecho de que no hay tanta tierra apta para la agricultura en los Estados Unidos. Además, hasta ahora todos los métodos de producciónenergía alternativa - carreteras. Quizás todos los habitantes comunes de las ciudades estén de acuerdo en que es importante utilizar recursos renovables y amigables con el medio ambiente, pero no cuando se les dice el costo de tal transición en este momento. Los científicos todavía tienen mucho trabajo por hacer en esta área. Nuevos descubrimientos, nuevos materiales, nuevas ideas: todo esto ayudará a la humanidad a hacer frente con éxito a la crisis de recursos que se avecina. El problema energético del planeta sólo puede resolverse con medidas integrales. En algunas áreas, es más conveniente usar la generación de energía eólica, en algún lugar: paneles solares, etc. Pero quizás el factor principal será la reducción del consumo de energía en general y la creación de tecnologías de ahorro de energía. Cada persona debe entender que es responsable del planeta, y cada uno debe hacerse la pregunta: "¿Qué tipo de energía elijo para el futuro?" Antes de pasar a otros recursos, todos deben darse cuenta de que esto es realmente necesario. Solo con un enfoque integrado será posible resolver el problema del consumo de energía.
