Energetski problem i načini njegovog rješavanja. Izgledi za alternativnu energiju

Vrijeme ne miruje. U davna vremena, ljudi su kao izvor energije koristili samo vlastitu snagu ili, ako je moguće, snagu domaćih životinja. Tada je prvi vanjski izvor energije koji su ljudi naučili koristiti bio vatra. Sve što je izvorno bilo u stanju dobiti od vatre, je kuhanje i grijanje njihovih domova. Danas je služenje čovječanstvu izvori energije koji premašuju ljudsku moć milijunima puta. Sada pripremamo hranu ne samo uz pomoć vatre, već podignemo tone tereta sa posebnom opremom, koristimo rakete, osvajamo prostor, gledamo u dubine Zemlje i gradimo milijune gradova. Međutim, u svijetu sve više lokalnih energetskih kriza nastaje zbog nedostatka energetskih resursa.

Energetski zakon

Energija nikad ne nestaje, može promijeniti oblik i akumulirati. Na primjer, biljke trebaju sunčevu svjetlost, transformiraju sunčevu energiju i akumuliraju je. Istodobno nam ga daju u obliku jestivih proizvoda, ljudi i životinje konzumiraju te biljke i pretvaraju tu energiju, koju, na primjer, akumuliraju u mišićni rad. S druge strane, spaljivanje drva na lomači također oslobađa energiju sunca. Osim toga, sve fosilnih resursa planeti, prvenstveno ugljen, prirodni plin, nafta, akumulatori su sunčeve energije. Svi ovi energetski resursi nastali su od ostataka životinja i biljaka koje su postojale prije nekoliko milijuna godina, pod utjecajem pritiska i ekstremno visokih temperatura u Zemljinoj kori.

Srednjovjekovnom se čovjeku čini da je magičan, ako netko pred njegovim očima može izvaditi svjetlo iz ugljena ili pokrenuti automobil uz pomoć ulja. Ali ova čarolija se sastoji samo od omogućavanja akumulacije energije i njenog prijelaza iz jednog oblika u drugi. U naše vrijeme, ovaj proces je postao toliko uobičajen za svakoga da malo ljudi razmišlja o energetskom problemu i o resursima koje poduzimamo u tu svrhu. Od vremena kada je čovječanstvo počelo otkrivati ​​tajne energije, ono pokušava dobiti energiju po najnižoj cijeni. Idealna opcija bila bi izmisliti vremenski stroj, takozvani "perpertum mobile", koji bi sam proizveo energiju, izvukao je iz ničega. No, nažalost, nemoguće je stvoriti takav vječni motor koji bi riješio sve probleme energetskih resursa. Ukupna količina energije uvijek ostaje ista, ne može se stvoriti, akumulirana energija se može osloboditi i pretvoriti u drugu: svjetlo, električnu, toplinsku, fizičku, kemijsku itd.

Voda kao izvor energije

Osoba može koristiti moćnu silu vode, u nekim fazama ometati prirodnu cirkulaciju vode, kako bi na taj način izvukla energiju. Danas se hidroelektrana proizvodi električnom energijom, koja se može akumulirati ili odmah konzumirati za svoju namjenu.

Nevjerojatna snaga morskih valova svakog drugog odmora na brojnim obalama, njihova moćna energija obavlja svoj posao. Ali čovječanstvo još uvijek nije u stanju iskoristiti snagu morskih valova za proizvodnju energije, iako postoje bezbrojni teorijski modeli i ideje za njihovu provedbu kako bi se riješio energetski problem. Od nedavno, nakon nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil, vlade mnogih pomorskih država ozbiljno su se zainteresirale za ovaj siguran izvor energije, a prije toga su se uglavnom provodila ispitivanja u području atomske energije.

ugljen

Sve vrste ugljena rezultat su procesa koji je trajao milijune godina, tijekom kojih su se ostaci raznovrsne vegetacije razgradili i pretvorili u treset pod visokim tlakom, zatim u ugljen. Milijunima godina ti su depoziti prodirali sve dublje i dublje u Zemljinu koru, prekriveni novim slojevima odozgo. Na primjer, sloj treseta od 50 metara zbijen je u sloju ugljena od 3 metra. Prvo, u 1. stoljeću naše ere, Rimljani su grijali svoje stanove uz pomoć ugljena. Istraživači vjeruju da je treset korišten za grijanje u pretpovijesno doba. I tek u XVI. Stoljeću ugljen se u Europi počeo koristiti kao gorivo.

Ugljen i nafta po svom porijeklu i kemijskom sastavu pripadaju istoj skupini. Zapravo, iz ugljena, kao i iz nafte, možete dobiti benzin. Ova metoda razvijena je u Njemačkoj tijekom Drugog svjetskog rata, kada nafta nije bila dovoljna za proizvodnju benzina. Ova metoda se sastoji u tome da se u procesu sagorijevanja ugljen smrvi i podvrgne određenim kemijskim procesima, što rezultira odličnim gorivom.

Ulje

Kao i druge vrste fosilnih goriva koje čovječanstvo gori za proizvodnju topline i električne energije, nafta ima izuzetno uglednu dob. Najstariji naftna polja nastali su prije 600 milijuna godina. Ulje je ispunilo sve praznine i pukotine zemljine kore, stvarajući ogromne naslage. Danas se aktivno traže, buše se bušotine i ekstrahiraju ogromne rezerve tih ležišta.

Od nafte proizvodi sve više i više tvari koje ljudi konzumiraju. Benzin i dizel nisu jedini proizvodi koje ljudi konzumiraju. Nafta je sirovina za proizvodnju lijekova, umjetnih tkiva, otrova, mineralnih gnojiva, kozmetike, plastike. Čak ni ne sumnjamo kako čovječanstvo ovisi o tim gorivima i energetskim resursima. Nije ni čudo da su najbogatije zemlje u svijetu proizvođači i proizvođači nafte. Danas nafta dominira svugdje. Niti jedan drugi oblik moći ne može zamijeniti naftu kao izvor energije.

Prirodni plin

Plin koji se koristi za grijanje, kuhanje ili proizvodnju električne energije je u većini slučajeva propan, butan ili prirodni plin. Otkriveno je bušenjem prvih naftnih bušotina gotovo slučajno. Danas prirodni plin osigurava petinu svjetske potražnje za energijom.

Prirodni plin koji gori za vrijeme kuhanja emitira energiju dvostruko više od proizvedene električne struje termoelektrane. Prirodni plin, kao i ugljen, fosilno je gorivo, ali njegovo je podrijetlo bliže nafti. Zato se proizvodi zajedno s naftom ili u obliku neovisnih plinskih formacija. Najlakše je izvući prirodni plin s polja koje su pod zemljom, kao na Bliskom istoku ili u Sibiru. Sigurnost tijekom razvoja osigurava sustav spojnih cijevi i ventila, kojima reguliraju tlak, jer su plinska polja stalno pod ogromnim pritiskom.

Glavna europska plinska polja su u Italiji, Francuskoj i Nizozemskoj, kao iu Sjevernom moru, u blizini obala Velike Britanije i Norveške. Osim toga, Rusija snabdijeva sibirskim plinom razgranati sustav plinovoda u zemlje srednje Europe. Rusija je glavni opskrbljivač plinom, a trećina svih rezervi plina u svijetu dolazi iz Sibira.

Energija iz atoma

Čovječanstvo je naučilo kako dobiti atomsku energiju na energetskim postrojenjima razdvajanjem jezgre atoma urana. Upravo taj element ima nestabilnu jezgru i najlakše se razdvaja djelovanjem neutrona. Kao posljedica propadanja jezgre oslobađaju se novi neutroni, koji, pak, cijepaju druge atomske jezgre. Ovaj proces se pretvara u lančanu reakciju i oslobađa ogromnu količinu energije koja se koristi za pretvaranje vode u paru, pogon turbine i električnog generatora. Nažalost, ovaj način rješavanja energetskog problema je nesiguran, uz energiju atomskih jezgri, dolazi do radioaktivnog zračenja, opasno za sve žive organizme. Stoga je potrebno maksimalno povećati zaštitu s posebnim pokrovima na takvim elektranama.

Meka energija

Prema znanstvenicima, rješenje energetskog problema u budućnosti za meke alternativne oblike energije. Postoje oblici kao što su energija vjetra, bioenergija i solarna energija. Ne troše minerale i ne štete okolišu. Oni se također nazivaju obnovljivim izvorima energije. Sve dok postoji život na Zemlji, energija vjetra, bioenergija i solarna energija su neiscrpni, a fosilni izvori kao što su ugljen, plin i nafta će jednog dana nestati.

bioenergija

Bioenergija je energija koja se proizvodi iz biljaka. Za životinje i ljude, biljke su najvažniji izvor energije i hrane. Biljke dobivaju energiju izravno od Sunca, drvo - nositelj obnovljive bioenergije. Ali naše potrebe industrijsko društvo toliko velika da sve drvo na planeti može zadovoljiti samo mali dio, bez rješavanja energetskog problema. U mnogim zemljama drvo je glavni izvor energije. Nekontrolirana sječa dovodi do smanjenja broja stabala, jer za zasade često nema dovoljno novca. U ovom slučaju taj izvor postupno postaje neobnovljiv, što će biti jedan od uzroka energetskog problema.

Alternativna i obećavajuća metoda dobivanja energije je proizvodnja bioplina. Nastaje od uništenih tvari životinjskog i biljnog svijeta u odsutnosti kontakta sa zrakom. Poljoprivreda, u kojoj se veliki dio biomase skuplja kao otpad, može koristiti posebna bioplinska postrojenja za proizvodnju metana. Rad takvih postrojenja ne šteti okolišu, a njihovo korištenje ne zahtijeva nikakve troškove. Rješenje problema energije i sirovina u takvim alternativnim izvorima. Ali, naravno, prvo moraju biti izgrađeni, a prvi eksperimenti uvijek su povezani s visokim troškovima. Zanimljiv način da se potroši manje plina, na primjer, u Brazilu. Oni proizvode bio-alkohol, tekućinu dobivenu fermentacijom šećerne trske i kukuruza. Ovaj alkohol se dodaje u običan benzin. Tako zemlja postaje manje ovisna o uvozu benzina.

Još jedan primjer uporabe bioenergije je kalifornijska obala. Na farmama na moru uzgaja se jedna od sorti alge koja raste za pola metra dnevno. Također se prerađuju u proizvodnju benzina, a druge vrste algi koriste se kao sirovine u termoelektranama, smanjujući problem energije i sirovina.

Snaga vjetra

Vjetar je jedan od tradicionalnih izvora energije. Još u VII stoljeću prije Krista. e. Vjetrenjače su korištene u Perziji, a 1920. godine, po prvi put u Sjedinjenim Državama, vjetrenjače su korištene za proizvodnju električne energije. Još deset godina kasnije u Austriji i Bavarskoj izgrađene su vjetroelektrane koje su cijelom području osiguravale vlastitu struju.

Moderne elektrane proizvode električnu energiju. Pomoću energije vjetra pomiču se električni generatori koji napajaju električnu mrežu ili akumuliraju energiju u baterijama. Prema mišljenju stručnjaka, korištenje energije vjetra ima veliku budućnost, ako čovječanstvo preferira razvoj tehnologije alternativne energije, a ne nuklearne energije i korištenje nafte kao izvora energije.

Solarna energija

Sa stajališta proizvodnje energije, Sunce možemo promatrati kao vrstu atomskog reaktora izvanredne snage. Samo mala čestica doseže Zemlju, ali čak i ona daje mogućnost života. Je li moguće pretvoriti sunčevu energiju izravno u električnu energiju? Da, sasvim je moguće uz pomoć solarnih panela. Već danas, gdje god sunce sjaji i potrebe za električnom energijom su male, one primaju energiju izravno od sunca. Solarni paneli su ploče koje imaju dva izuzetno tanka sloja. Jedan sloj se sastoji od silicija, drugi - od silicija i bora. Zajedno sa sunčevom svjetlošću koja udara u solarnu bateriju, fotoni prodiru u njezin vanjski sloj - najmanji dio svjetlosti koji emitira sunce. Oni pokreću elektrone, prenose ih u drugi sloj i tako uzrokuju električni napon. Preneseni elektroni ulaze u akumulator struje, a zatim u električni vodič. Tako, na primjer, solarne elektrane već rješavaju energetski problem Dalekog istoka.

Solarni paneli se stalno poboljšavaju. Iako su još uvijek vrlo skupi, ali se nadamo da će u bliskoj budućnosti postati vrlo učinkoviti i jeftini i da će moći riješiti globalni energetski problem, kako bi zadovoljili značajan dio potreba čovječanstva za električnom energijom. Takve solarne farme su sada u ne-stambenim područjima zbog ekstremne topline. Izgledi za korištenje solarne energije ogromni su, prema mišljenju stručnjaka, ako se tehnologija za proizvodnju vodika nastavi razvijati, tada se solarna energija akumulirana u pustinjskim područjima može isporučiti u obliku vodika zemljama potrošačima.

Zašto uštedjeti rezerve energije?

Depoziti nafte, ugljena i prirodnog plina, koje je stvorio naš planet tijekom milijuna godina, čovječanstvo provodi nekoliko godina. Kada te rezerve trošimo bez ikakvih sredstava uz povećanje izdvajanja energetskih nositelja, opljačkamo naše potomke.

Time remetimo ravnotežu energije na Zemlji, jer odnos primljene i vraćene energije u prostor treba biti uravnotežen. Ako čovječanstvo uništi i spali energetske rezerve, tada nastaju plinovi koji sprječavaju vraćanje viška sunčeve energije u svemir. Kao rezultat toga, pojavljuje se globalni energetski problem - naš planet postaje sve topliji, pojavljuje se fenomen nazvan efekt staklenika. Učinak staklenika može promijeniti globalnu klimu toliko da će se pustinje širiti, razorne tornade će se formirati, led će se otopiti na polovima, razina mora će se značajno povećati, mnoge obale će biti potopljene vodom.

Osim toga, već je došlo vrijeme za iscrpljivanje energetskih resursa. Znanstvenici izazivaju uzbunu, tvrdeći da će rezerve fosilnih goriva trajati nekoliko desetljeća, a potrošnja energije će se smanjiti, a ljudska dobrobit također. Rješavanje problema u brzom prijelazu društva u razumnu potrošnju rezervi energije i razvoj novih alternativnih i sigurnih metoda proizvodnje energije.