Energetický problém a způsoby jeho řešení. Perspektivy alternativní energie

Čas nehybně stojí. Ve starověku lidé používali jako zdroj energie pouze svoji vlastní sílu nebo, pokud možno, sílu domácích zvířat. Pak byl první externí zdroj energie, který se lidé naučili používat, ohněm. Vše, co bylo původně schopné dostat z ohně, je vaření a ohřev jejich domovů. Dnes je služba lidstva zdroji energie, která přesahuje lidskou moc milióny časů. Nyní připravujeme jídlo nejen pomocí ohně, zvedáme tuny nákladu se speciálním vybavením, použijeme rakety, podmaníme si prostor, pohlédneme do hlubin Země a budeme stavět miliony měst. Ve světě se však stále více projevují místní energetické krize spojené s nedostatkem energetických zdrojů.

Energetické právo

Energie nikdy nezmizí, může změnit tvar a hromadit se. Například rostliny potřebují sluneční světlo, transformují sluneční energii a hromadí ji. Zároveň nám to dávají ve formě jedlých výrobků, lidé a zvířata konzumují tyto rostliny a transformují tuto energii, kterou se například hromadí, do svalové práce. Na druhé straně spalující dřevo na koši také uvolňuje energii ze slunce. Kromě toho vše fosilních zdrojů planety, především uhlí, zemní plyn, ropa, jsou akumulátory sluneční energie. Všechny tyto zdroje energie byly tvořeny ze zbytků zvířat a rostlin, které existovaly před milióny let pod vlivem tlaku a extrémně vysokých teplot v zemské kůře.

Zdá se, že středověký člověk je kouzelný, jestliže před jeho očima někdo dokáže vyndat světlo z uhlí nebo dát vozidlo do pohybu pomocí oleje. Ale toto kouzlo spočívá pouze v tom, že umožňuje akumulaci energie a její přechod z jedné formy na druhou. V dnešní době se tento proces stal tak běžným pro každého, o čem málo lidí uvažuje o energetickém problému ao zdrojích, které využíváme pro tento účel. Od doby, kdy lidstvo začalo odhalovat tajemství energie, se snaží získat energii za nejnižší cenu. Ideální volbou by bylo vymyslet časový stroj, takzvaný "perpertum mobile", který by sám produkoval energii a dostal ji z ničeho. Ale bohužel není možné vytvořit takový věčný motor, který by vyřešil všechny problémy s energetickými zdroji. Celkové množství energie zůstává vždy stejné, nemůže být vytvořeno, lze pouze uvolnit nahromaděnou energii a přeměnit ji na jinou: světlo, elektrické, tepelné, fyzikální, chemické atd.

Voda jako zdroj energie

Osoba může využít silnou sílu vody, v některých fázích zasahuje do přirozené cirkulace vody, aby tak získala energii. V současné době je vodní elektrárna vyráběna elektřinou, která může být nahromaděna nebo okamžitě spotřebována pro svůj určený účel.

Neuvěřitelná síla mořských vln každou druhou přestávku na mnoha pobřežích, jejich mocná energie dělá svou práci. Ale lidstvo stále není schopno využívat sílu mořských vln k výrobě energie, ačkoli existuje řada teoretických modelů a nápadů jejich implementace pro řešení energetického problému. Nedávno po nehodě v jaderné elektrárně v Černobylu se vlády mnoha námořních států vážně zajímaly o tento bezpečný zdroj energie. Předtím byly testy prováděny především v oblasti atomové energie.

Uhlí

Všechny druhy uhlí jsou výsledkem procesu, který trval milióny let, během nichž se zbytky různých vegetací rozpadly a přeměňovaly na rašelinu pod vysokým tlakem, poté do uhlí. Během několika miliónů let tyto vrstvy pronikly hlouběji a hlouběji do zemské kůry a byly pokryty novými vrstvami shora. Například vrstva rašeliny 50 metrů byla zhutněna na uhelné lůžko 3 metry. Za prvé, v 1. století naší doby, Římané vyhřívali své obydlí pomocí uhlí. Vědci věří, že rašelina byla používána k ohřevu v prehistorickém období. A teprve v 16. století se uhlí začalo používat v Evropě jako palivo.

Uhlí a ropa původu a chemické složení patří do stejné skupiny. Ve skutečnosti, z uhlí, stejně jako z ropy, můžete získat benzín. Tato metoda byla vyvinuta v Německu během druhé světové války, kdy ropa nebyla dostatečná k výrobě benzinu. Tato metoda spočívá v tom, že v procesu spalování uhlí je drcena a podstupuje určité chemické procesy, což vede k vynikajícímu palivu.

Olej

Stejně jako jiné druhy fosilních paliv, které lidstvo spaluje k výrobě tepla a elektřiny, ropa má nesmírně slušný věk. Nejstarší ropných polí byly vytvořeny před 600 miliony lety. Olej vyplnil všechny dutiny a praskliny zemské kůry a vytvořil obrovské ložiska. V současné době jsou aktivně vyhledávány, studny jsou vyvrtány a obrovské zásoby těchto ložisek jsou extrahovány.

Z ropy se vyrábí stále více a více látek spotřebovaných lidstvem. Benzín a motorová nafta nejsou jedinými produkty spotřebovanými lidmi. Ropa je surovinou pro výrobu léků, umělých tkání, jedů, minerálních hnojiv, kosmetiky, plastů. Ani nevíme, jak je lidstvo závislé na těchto palivových a energetických zdrojích. Není divu, že nejbohatší země světa vyrábějí země a producenty ropy. V dnešní době dominuje ropa všude. Žádná jiná forma moci nemůže nahradit ropu jako zdroj energie.

Zemní plyn

Plyn používaný pro vytápění, vaření nebo výrobu elektřiny je ve většině případů propan, butan nebo zemní plyn. Byl objeven při vrtání prvních ropných vrtů téměř náhodou. Zemní plyn dnes představuje pětinu světové poptávky po energii.

Zemní plyn, který při hoření spaluje, vydává energii dvakrát tolik, kolik produkuje elektrický proud tepelných elektráren. Zemní plyn, jako uhlí, je fosilní palivo, ale jeho původ je blíže ropě. Proto se vyrábí společně s ropou nebo ve formě nezávislých plynových formací. Nejjednodušší je těžba zemního plynu z podzemních polí, jako na Středním východě nebo na Sibiři. Bezpečnost při vývoji je zajištěna systémem spojovacích trubek a ventilů, s nimiž reguluje tlak, protože plynová pole jsou stále pod obrovským tlakem.

Hlavní evropské plynárenské oblasti jsou v Itálii, Francii a Holandsku, stejně jako v Severním moři, poblíž pobřeží Velké Británie a Norska. Rusko navíc dodává sibiřský plyn s rozsáhlým systémem plynovodů do zemí střední Evropy. Rusko je hlavním dodavatelem zemního plynu a třetina všech zásob plynu používaných ve světě pochází ze Sibiře.

Energie z atomů

Lidstvo se naučilo, jak získat atomovou energii v elektrárnách rozdělením jádra atomu uranu. Tento prvek má nestabilní jádro a je nejsnadněji rozdělený působením neutronů. V důsledku rozpadu jádra se uvolňují nové neutrony, které naopak rozštěpí jiná atomová jádra. Tento proces se stává řetězovou reakcí a uvolňuje obrovské množství energie, které se používá k přeměně vody na páru, pohánějící turbínu a elektrický generátor. Bohužel tento způsob řešení energetického problému není nebezpečný, spolu s energií jaderných jader se vyskytuje radioaktivní záření, které je nebezpečné pro všechny živé organismy. Proto by měla být v takových elektrárnách zajištěna maximální ochrana.

Měkká energie

Podle vědců je řešení energetického problému v budoucnosti pro měkké alternativní formy energie. Existují takové formy jako větrná energie, bioenergie a sluneční energie. Nehromadí minerály a nepoškozují životní prostředí. Jsou také nazývány obnovitelné zdroje energie. Dokud je život na Zemi, větrná energie, bioenergie a sluneční energie jsou nevyčerpatelné a fosilní zdroje jako uhlí, plyn a ropa jednou zmizí.

Bioenergie

Bioenergie je energie, která se vyrábí z rostlin. U zvířat a lidí jsou rostliny nejdůležitějším zdrojem energie a potravin. Rostliny dostávají energii přímo ze Slunce, dřevo - nosič obnovitelné bioenergie. Ale naše potřeby průmyslové společnosti tak velká, že celé dřevo na planetě uspokojí jen malou část, aniž by vyřešila energetický problém. V mnoha zemích je dřevo hlavním zdrojem energie. Nekontrolované kácení vede k poklesu počtu stromů, protože pro jejich plantáže často není dost peněz. V tomto případě se tento zdroj postupně stává neobnovitelným, což bude jednou z příčin energetického problému.

Alternativní a slibnou metodou získávání energie je výroba bioplynu. Je tvořena ze zničených látek živočišného a rostlinného světa při absenci styku se vzduchem. Zemědělství, kde se shromažďuje spousta biomasy jako odpad, může pro výrobu methanu využívat speciální zařízení na výrobu bioplynu. Provoz takových zařízení nepoškozuje životní prostředí a jejich použití nevyžaduje žádné náklady. Řešení problémů s energií a surovinami v těchto alternativních zdrojích. Ale samozřejmě je třeba je nejdříve postavit a první experimenty jsou vždy spojeny s vysokými náklady. Zajímavý způsob, jak strávit méně plynu, například v Brazílii. Vyrábějí bioalkohol, kapalinu získanou z fermentace cukrové třtiny a kukuřice. Tento alkohol se přidává k běžnému benzinu. Stát se tedy stává méně závislou na dovozu benzinu.

Dalším příkladem využití bioenergie je pobřeží Kalifornie. Na mořských farmách se pěstuje jedna z druhů mořských řas, která roste o půl metru denně. Jsou zpracovávány také k výrobě benzinu a jiné druhy řas jsou používány jako suroviny v tepelných elektrárnách, což snižuje problém s energií a surovinami.

Napájení větrem

Vítr je jedním z tradičních zdrojů energie. Dokonce iv VII. Století před naším letopočtem. e. V Persii byly používány větrné mlýny a v roce 1920 se poprvé ve Spojených státech používaly větrné mlýny k výrobě elektřiny. Dokonce o deset let později byly v Rakousku a Bavorsku stavěny větrné elektrárny, které poskytovaly celé oblasti vlastní elektřinu.

Moderní elektrárny vyrábějí elektřinu. Pomocí větrné energie se pohybují elektrické generátory, které napájejí rozvodnou síť nebo akumulují energii v bateriích. Podle odborníků má využití větrné energie velkou budoucnost, pokud lidstvo upřednostňuje vývoj alternativních energetických technologií spíše než jadernou energii a využívání ropy jako zdroje energie.

Solární energie

Z pohledu výroby energie můžeme považovat Slunce za typ atomového reaktoru mimořádné síly. Na Zemi dojdou jen malé částice, ale dokonce to dává možnost života. Je možné přeměnit solární energii přímo na elektřinu? Ano, je to možné pomocí solárních panelů. Již dnes, kdekoli slunce svítí jasně a potřeby elektřiny jsou malé, dostávají energii přímo ze slunce. Solární panely jsou desky, které mají dvě extrémně tenké vrstvy. Jedna vrstva sestává z křemíku, druhá z křemíku a boru. Spolu se slunečním zářením, které dopadá na solární baterii, pronikají fotony svou vnější vrstvu - nejmenší částice světla vyzařovaného sluncem. Řídí elektrony v pohybu, přenášejí je do druhé vrstvy a tím způsobují elektrické napětí. Přenesené elektrony vstupují do proudového akumulátoru, pak do elektrických vodičů. Například solární elektrárny již řeší energetický problém na Dálném východě.

Solární panely se neustále zlepšují. Zatímco jsou stále velmi drahé, ale doufáme, že se v blízké budoucnosti stanou docela efektivní a levné a budou schopny řešit globální energetický problém, uspokojit významnou část lidských potřeb elektřiny. Takové solární farmy jsou nyní v nebytových oblastech kvůli extrémnímu teplu. Vyhlídky na využívání sluneční energie jsou obrovské, podle odborníků, pokud se technologie pro výrobu vodíku bude dále rozvíjet, pak může být sluneční energie nahromaděná v pouštních oblastech dodávána ve formě vodíku do spotřebitelských zemí.

Proč ušetřit energetické zásoby?

Vklady ropy, uhlí a zemního plynu, tvořené naší planetou po miliony let, lidstvo tráví několik let. Když ztratíme tyto rezervy bezproblémově s nárůstem výroby energie, zbavujeme nás potomků.

Tím narušujeme rovnováhu energie na Zemi, protože poměr energie přijatého a vráceného do vesmíru by měl být vyvážený. Pokud lidstvo ničí a spaluje energetické zásoby, vytvářejí se plyny, které zabraňují návratu přebytečné sluneční energie do vesmíru. V důsledku toho vzniká celosvětový energetický problém - naše planeta se stává teplejším, objevuje se fenomén nazývaný skleníkový efekt. Skleníkový efekt může změnit globální klima tak, že se rozšiřují pouště, zničí se zničující tornáda, led se bude roztavit na pólech, hladina moře výrazně stoupne, mnoho pobřežních oblastí bude zaplaveno vodou.

Kromě toho již došlo k vyčerpání energetických zdrojů. Vědci znějí poplach, argumentujíc, že ​​fosilní zásoby energie budou trvat několik desetiletí, pak se sníží spotřeba energie a také lidské blaho. Řešení problému v rychlém přechodu společnosti na rozumnou spotřebu energetických zásob a vývoj nových alternativních a bezpečných metod výroby energie.