Sio siri kwamba rasilimali zinazotumiwa na wanadamu leo zina kikomo, zaidi ya hayo, uchimbaji na matumizi yao zaidi yanaweza kusababisha sio nishati tu, bali pia maafa ya mazingira. Rasilimali zinazotumiwa na wanadamu kimapokeo - makaa ya mawe, gesi na mafuta - zitaisha baada ya miongo michache, na hatua lazima zichukuliwe sasa, katika wakati wetu. Kwa kweli, tunaweza kutumaini kwamba tutapata tena amana tajiri, kama ilivyokuwa katika nusu ya kwanza ya karne iliyopita, lakini wanasayansi wana hakika kwamba amana kubwa kama hizo hazipo tena. Lakini kwa hali yoyote, hata ugunduzi wa amana mpya utachelewesha tu kuepukika, ni muhimu kutafuta njia za kuzalisha nishati mbadala na kubadili rasilimali mbadala kama vile upepo, jua, nishati ya joto, nishati ya mtiririko wa maji na wengine, na pamoja na hii, ni muhimu kuendelea kutengeneza teknolojia za kuokoa nishati.
Katika makala haya, tutazingatia baadhi ya mawazo yenye kuahidi zaidi, kwa maoni ya wanasayansi wa kisasa, ambayo juu yake nishati ya siku zijazo itajengwa.
vituo vya miale ya jua
Watu kwa muda mrefu wamekuwa wakijiuliza ikiwa inawezekana kutumia nishatijua duniani. Maji yalichomwa moto chini ya jua, nguo na sufuria zilikaushwa kabla ya kutumwa kwenye tanuri, lakini njia hizi haziwezi kuitwa ufanisi. Njia za kwanza za kiufundi zinazobadilisha nishati ya jua zilionekana katika karne ya 18. Mwanasayansi wa Kifaransa J. Buffon alionyesha jaribio ambalo aliweza kuwasha mti kavu kwa msaada wa kioo kikubwa cha concave katika hali ya hewa ya wazi kutoka umbali wa mita 70. Mwenzake, mwanasayansi mashuhuri A. Lavoisier, alitumia lenzi ili kukazia nishati ya jua, na huko Uingereza waliunda glasi ya biconvex, ambayo, kwa kuzingatia miale ya jua, iliyeyusha chuma cha kutupwa kwa dakika chache tu.
Wanasayansi wa asili walifanya majaribio mengi yaliyothibitisha kuwa matumizi ya nishati ya jua duniani yanawezekana. Walakini, betri ya jua ambayo ingebadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya mitambo ilionekana hivi karibuni, mnamo 1953. Iliundwa na wanasayansi kutoka Shirika la Kitaifa la Anga la Marekani. Tayari mnamo 1959, betri ya jua ilitumiwa kwa mara ya kwanza kuandaa setilaiti ya anga.
Labda hata wakati huo, kwa kutambua kwamba betri kama hizo zina ufanisi zaidi angani, wanasayansi walikuja na wazo la kuunda vituo vya jua vya anga, kwa sababu katika saa moja jua hutoa nishati kama wanadamu wote. haitumii kwa mwaka, kwa nini usitumie Hii? Nishati ya jua itakuwaje katika siku zijazo?
Kwa upande mmoja, inaonekana kwamba matumizi ya nishati ya jua ni chaguo bora. Hata hivyo, gharama ya nafasi kubwa ya kituo cha jua ni ya juu sana, na badala ya hayo, itakuwa ghali kufanya kazi. Kwa hiyowakati, wakati teknolojia mpya za utoaji wa bidhaa kwenye nafasi, pamoja na nyenzo mpya, zitaanzishwa, utekelezaji wa mradi huo utawezekana, lakini kwa sasa tunaweza kutumia betri ndogo tu kwenye uso wa sayari. Wengi watasema kuwa hii pia ni nzuri. Ndio, inawezekana katika hali ya nyumba ya kibinafsi, lakini kwa usambazaji wa nishati ya miji mikubwa, ipasavyo, paneli nyingi za jua zinahitajika, au teknolojia ambayo itawafanya kuwa bora zaidi.
Upande wa kiuchumi wa suala hili pia upo hapa: bajeti yoyote itateseka sana ikiwa itakabidhiwa jukumu la kubadilisha jiji zima (au nchi nzima) kuwa paneli za jua. Inaweza kuonekana kuwa inawezekana kulazimisha wenyeji wa miji kulipa kiasi fulani cha vifaa vya upya, lakini katika kesi hii hawatafurahi, kwa sababu ikiwa watu walikuwa tayari kufanya gharama kama hizo, wangefanya wenyewe zamani: kila mtu ana fursa ya kununua betri ya jua.
Kuna kitendawili kingine kuhusu nishati ya jua: gharama za uzalishaji. Kubadilisha nishati ya jua kuwa umeme moja kwa moja sio jambo la ufanisi zaidi. Hadi sasa, hakuna njia bora zaidi iliyopatikana kuliko kutumia mionzi ya jua kwa joto la maji, ambayo, kugeuka kuwa mvuke, kwa upande wake huzunguka dynamo. Katika kesi hii, upotezaji wa nishati ni mdogo. Ubinadamu unataka kutumia paneli za jua "kijani" na vituo vya jua ili kuhifadhi rasilimali duniani, lakini mradi kama huo utahitaji kiasi kikubwa cha rasilimali sawa, na nishati "isiyo ya kijani". Kwa mfano, huko Ufaransa, kiwanda cha nguvu za jua kilijengwa hivi karibuni, kinachofunika eneo la kilomita mbili za mraba. Gharama ya ujenzi ilikuwa karibu euro milioni 110, bila kujumuisha gharama za uendeshaji. Pamoja na haya yote, inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba maisha ya huduma ya mitambo hiyo ni karibu miaka 25.
Upepo
Nishati ya upepo pia imekuwa ikitumiwa na watu tangu zamani, mfano rahisi zaidi ukiwa wa meli na vinu vya upepo. Vinu vya upepo bado vinatumika leo, haswa katika maeneo yenye upepo usiobadilika, kama vile pwani. Wanasayansi wanaendelea kuweka maoni juu ya jinsi ya kusasisha vifaa vilivyopo vya kubadilisha nishati ya upepo, moja wapo ni turbine za upepo kwa njia ya turbine zinazoongezeka. Kutokana na mzunguko wa mara kwa mara, wangeweza "kunyongwa" hewani kwa umbali wa mita mia kadhaa kutoka chini, ambapo upepo una nguvu na mara kwa mara. Hii ingesaidia katika usambazaji wa umeme vijijini ambapo matumizi ya vinu vya kawaida vya upepo haiwezekani. Kwa kuongezea, mitambo kama hiyo inayopaa inaweza kuwa na moduli za Mtandao, ambazo zingewapa watu ufikiaji wa Wavuti ya Ulimwenguni Pote.
Mawimbi na mawimbi
Kuongezeka kwa nishati ya jua na upepo kunapungua polepole, na nishati nyingine asilia imewavutia watafiti. Kuahidi zaidi ni matumizi ya ebbs na mtiririko. Tayari, karibu makampuni mia moja duniani kote yanahusika na suala hili, na kuna miradi kadhaa ambayo imethibitisha ufanisi wa njia hii ya madini.umeme. Faida zaidi ya nishati ya jua ni kwamba hasara wakati wa kuhamisha nishati moja hadi nyingine ni ndogo: wimbi la wimbi huzungusha turbine kubwa, ambayo hutoa umeme.
Project Oyster ni wazo la kusakinisha vali yenye bawaba chini ya bahari ambayo italeta maji ufukweni, na hivyo kugeuza turbine rahisi ya kuzalisha umeme. Ufungaji mmoja tu kama huo unaweza kutoa umeme kwa wilaya ndogo.
Tayari, mawimbi ya maji yanatumika kwa mafanikio nchini Australia: katika jiji la Perth, mitambo ya kuondoa chumvi inayofanya kazi kwenye aina hii ya nishati imesakinishwa. Kazi yao inaruhusu kutoa karibu watu nusu milioni na maji safi. Nishati asilia na tasnia pia zinaweza kuunganishwa katika tasnia hii ya uzalishaji wa nishati.
Matumizi ya nishati ya mawimbi ni tofauti kwa kiasi fulani na teknolojia tulizozoea kuona katika mitambo ya kufua umeme wa mito. Mara nyingi, mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji hudhuru mazingira: maeneo ya karibu yamejaa mafuriko, mfumo wa ikolojia umeharibiwa, lakini vituo vinavyotumia mawimbi ya maji ni salama zaidi katika suala hili.
Nishati ya Binadamu
Mojawapo ya miradi mizuri zaidi kwenye orodha yetu inaweza kuitwa matumizi ya nishati ya watu wanaoishi. Inaonekana ya kushangaza na hata ya kutisha, lakini sio kila kitu kinatisha sana. Wanasayansi wanathamini wazo la jinsi ya kutumia nishati ya mitambo ya harakati. Miradi hii inahusu teknolojia ndogo za elektroniki na nanoteknolojia zenye matumizi ya chini ya nishati. Ingawa inaonekana kama utopia, hakuna maendeleo ya kweli, lakini wazo ni kubwa sanakuvutia na haina kuondoka mawazo ya wanasayansi. Kukubaliana, itakuwa rahisi sana vifaa ambavyo, kama saa zilizo na vilima otomatiki, zitatozwa kutokana na ukweli kwamba sensor inapigwa kwa kidole, au kutokana na ukweli kwamba kompyuta kibao au simu huning'inia tu kwenye begi wakati wa kutembea. Bila kusahau nguo ambazo, zikiwa zimejazwa na vifaa vidogo mbalimbali, zinaweza kubadilisha nishati ya mwendo wa binadamu kuwa umeme.
Huko Berkeley, katika maabara ya Lawrence, kwa mfano, wanasayansi walijaribu kutambua wazo la kutumia virusi kubadilisha nishati ya shinikizo kuwa umeme. Pia kuna njia ndogo zinazoendeshwa na harakati, lakini hadi sasa teknolojia kama hiyo haijawekwa mkondoni. Ndiyo, mzozo wa nishati duniani hauwezi kushughulikiwa kwa njia hii: ni watu wangapi watalazimika "kuuza" ili kufanya kiwanda kizima kufanya kazi? Lakini kama mojawapo ya hatua zinazotumiwa pamoja, nadharia hiyo inaweza kutumika.
Hasa teknolojia kama hizo zitakuwa na ufanisi katika maeneo ambayo ni magumu kufikiwa, kwenye vituo vya dunia, milimani na taiga, miongoni mwa wasafiri na watalii ambao hawana fursa ya kuchaji vifaa vyao kila wakati, lakini kuwasiliana ni muhimu. muhimu, haswa ikiwa kikundi kiliingia katika hali mbaya. Ni kiasi gani kingeweza kuzuiwa ikiwa watu kila wakati wangekuwa na kifaa cha mawasiliano kinachotegemeka ambacho hakikutegemea "plagi".
Seli za mafuta ya hidrojeni
Labda kila mmiliki wa gari, akiangalia kiashirio cha kiasi cha petroli inayokaribia sifuri, alikuwa nachowazo la jinsi ingekuwa nzuri ikiwa gari linakwenda juu ya maji. Lakini sasa atomi zake zimekuja kwa tahadhari ya wanasayansi kama vitu halisi vya nishati. Ukweli ni kwamba chembe za hidrojeni - gesi ya kawaida zaidi katika ulimwengu - ina kiasi kikubwa cha nishati. Zaidi ya hayo, injini huchoma gesi hii bila bidhaa yoyote ya ziada, kumaanisha kwamba tunapata mafuta ambayo ni rafiki kwa mazingira.
Hidrojeni huchangiwa na moduli na meli za ISS, lakini Duniani inapatikana hasa katika mfumo wa misombo kama vile maji. Katika miaka ya themanini nchini Urusi kulikuwa na maendeleo ya ndege kwa kutumia hidrojeni kama mafuta, teknolojia hizi ziliwekwa katika vitendo, na mifano ya majaribio ilithibitisha ufanisi wao. Wakati hidrojeni ikitenganishwa, huenda kwenye kiini maalum cha mafuta, baada ya hapo umeme unaweza kuzalishwa moja kwa moja. Hii sio nishati ya siku zijazo, hii tayari ni ukweli. Magari kama hayo tayari yanatengenezwa na katika vikundi vikubwa. Honda, ili kusisitiza utofauti wa chanzo cha nishati na gari kwa ujumla, ilifanya majaribio kama matokeo ya ambayo gari liliunganishwa kwenye mtandao wa nyumbani wa umeme, lakini sio ili kuchaji tena. Gari linaweza kuendesha nyumba ya kibinafsi kwa siku kadhaa, au kuendesha karibu kilomita mia tano bila kujaza mafuta.
Kikwazo pekee cha chanzo hicho cha nishati kwa sasa ni gharama ya juu kiasi ya magari hayo ambayo ni rafiki wa mazingira, na, bila shaka, idadi ndogo ya vituo vya hidrojeni, lakini nchi nyingi tayari zinapanga kuzijenga. Kwa mfano, katikaUjerumani tayari ina mpango wa kusakinisha vituo 100 vya kujaza mafuta kufikia 2017.
Joto la dunia
Kugeuza nishati ya joto kuwa umeme ndio kiini cha nishati ya jotoardhi. Katika baadhi ya nchi ambapo ni vigumu kutumia viwanda vingine, hutumiwa sana. Kwa mfano, nchini Ufilipino, 27% ya umeme wote hutoka kwa mimea ya jotoardhi, wakati huko Iceland takwimu hii ni karibu 30%. Kiini cha njia hii ya uzalishaji wa nishati ni rahisi sana, utaratibu ni sawa na injini rahisi ya mvuke. Kabla ya "ziwa" inayodaiwa ya magma, ni muhimu kuchimba kisima ambacho maji hutolewa. Inapogusana na magma moto, maji hubadilika kuwa mvuke mara moja. Huinuka pale ambapo inazungusha turbine ya kimakanika, hivyo basi kuzalisha umeme.
Mustakabali wa nishati ya jotoardhi ni kupata "duka" kubwa za magma. Kwa mfano, katika Iceland iliyotajwa hapo juu, walifanikiwa: katika sehemu ya pili, magma ya moto iligeuza maji yote yaliyopigwa kwenye mvuke kwenye joto la nyuzi 450 Celsius, ambayo ni rekodi kabisa. Mvuke huo wa shinikizo la juu unaweza kuongeza ufanisi wa mmea wa jotoardhi kwa mara kadhaa, unaweza kuwa chachu ya maendeleo ya nishati ya jotoardhi duniani kote, hasa katika maeneo yaliyojaa volkano na chemchemi za joto.
Matumizi ya taka za nyuklia
Nishati ya nyuklia, kwa wakati mmoja, iliibuka. Ndivyo ilivyokuwa hadi watu walipogundua hatari ya tasnia hiinishati. Ajali zinawezekana, hakuna mtu aliye na kinga kutokana na matukio hayo, lakini ni nadra sana, lakini taka ya mionzi inaonekana kwa kasi na hadi hivi karibuni, wanasayansi hawakuweza kutatua tatizo hili. Ukweli ni kwamba vijiti vya urani - "mafuta" ya jadi ya mimea ya nyuklia, inaweza kutumika tu kwa 5%. Baada ya kufanyia kazi sehemu hii ndogo, fimbo nzima inatumwa kwenye "tupio la taka".
Hapo awali, teknolojia ilitumiwa ambapo vijiti vilizamishwa ndani ya maji, ambayo hupunguza kasi ya neutroni, kudumisha mmenyuko thabiti. Sasa sodiamu ya kioevu imetumika badala ya maji. Uingizwaji huu hauruhusu tu kutumia ujazo wote wa urani, lakini pia kuchakata makumi ya maelfu ya tani za taka zenye mionzi.
Ni muhimu kuondoa takataka za nyuklia kwenye sayari, lakini kuna moja "lakini" katika teknolojia yenyewe. Uranium ni rasilimali, na akiba yake Duniani ina kikomo. Ikiwa sayari nzima itabadilishwa kwa nishati iliyopokelewa kutoka kwa vinu vya nyuklia (kwa mfano, huko Merika, mitambo ya nyuklia inazalisha 20% tu ya umeme wote unaotumiwa), akiba ya urani itaisha haraka sana, na hii itasababisha ubinadamu tena. kwa kizingiti cha shida ya nishati, kwa hivyo nishati ya nyuklia, ingawa ya kisasa, ni kipimo cha muda tu.
mafuta ya mboga
Hata Henry Ford, akiwa ameunda "Model T" yake, alitarajia kuwa tayari ingetumia nishati ya mimea. Walakini, wakati huo, maeneo mapya ya mafuta yaligunduliwa, na hitaji la vyanzo mbadala vya nishati lilitoweka kwa miongo kadhaa, lakini sasa.kurudi tena.
Katika kipindi cha miaka kumi na tano iliyopita, matumizi ya nishati ya mboga kama vile ethanoli na dizeli ya mimea yameongezeka mara kadhaa zaidi. Zinatumika kama vyanzo huru vya nishati, na kama nyongeza kwa petroli. Wakati fulani uliopita, matumaini yaliwekwa kwenye utamaduni maalum wa mtama, unaoitwa "canola". Haifai kabisa kwa chakula cha binadamu au mifugo, lakini ina maudhui ya juu ya mafuta. Kutoka kwa mafuta haya walianza kuzalisha "biodiesel". Lakini zao hili litachukua nafasi nyingi sana ukijaribu kulikuza vya kutosha kutoa mafuta angalau sehemu ya sayari.
Sasa wanasayansi wanazungumza kuhusu matumizi ya mwani. Maudhui yao ya mafuta ni karibu 50%, ambayo itafanya iwe rahisi kuchimba mafuta, na taka inaweza kubadilishwa kuwa mbolea, kwa misingi ambayo mwani mpya utapandwa. Wazo hilo linachukuliwa kuwa la kuvutia, lakini uwezekano wake bado haujathibitishwa: uchapishaji wa majaribio yenye ufanisi katika eneo hili bado haujachapishwa.
Fusion
Nishati ya baadaye ya ulimwengu, kulingana na wanasayansi wa kisasa, haiwezekani bila teknolojia ya muunganisho wa thermonuclear. Haya ndiyo maendeleo yanayotia matumaini zaidi ambapo mabilioni ya dola tayari yanawekezwa.
Mitambo ya nyuklia hutumia nishati ya mpasuko. Ni hatari kwa sababu kuna tishio la mmenyuko usio na udhibiti ambao utaharibu reactor na kusababisha kutolewa kwa kiasi kikubwa cha vitu vyenye mionzi: labda kila mtu anakumbuka ajali kwenye kituo cha nguvu cha nyuklia cha Chernobyl.
Katika michanganyiko hiyoKama jina linamaanisha, nishati iliyotolewa wakati wa muunganisho wa atomi hutumiwa. Kwa hivyo, tofauti na mpasuko wa atomiki, hakuna taka ya mionzi inayotolewa.
Tatizo kuu ni kwamba kama matokeo ya muunganisho, dutu hii inaundwa na joto la juu sana kwamba inaweza kuharibu kinu kizima.
Nishati hii ya siku zijazo ni ukweli. Na fantasia hazifai hapa, kwa sasa ujenzi wa reactor tayari umeanza nchini Ufaransa. Dola bilioni kadhaa zimewekezwa katika mradi wa majaribio unaofadhiliwa na nchi nyingi, ambazo, pamoja na EU, ni pamoja na Uchina na Japan, USA, Urusi na zingine. Hapo awali, majaribio ya kwanza yalipangwa kuzinduliwa mapema 2016, lakini mahesabu yalionyesha kuwa bajeti ilikuwa ndogo sana (badala ya bilioni 5, ilichukua 19), na uzinduzi uliahirishwa kwa miaka 9 nyingine. Labda baada ya miaka michache tutaona nguvu ya muunganisho inaweza kufanya.
Changamoto za sasa na fursa kwa siku zijazo
Sio wanasayansi pekee, bali pia waandishi wa hadithi za kisayansi wanatoa mawazo mengi kwa ajili ya utekelezaji wa teknolojia ya siku za usoni katika nishati, lakini kila mtu anakubali kwamba kufikia sasa hakuna chaguo lolote lililopendekezwa linaweza kukidhi kikamilifu mahitaji yote ya ustaarabu wetu. Kwa mfano, ikiwa magari yote nchini Marekani yanatumia nishati ya mimea, mashamba ya kanola yatalazimika kufunika eneo sawa na nusu ya nchi nzima, bila kujali ukweli kwamba hakuna ardhi nyingi zinazofaa kwa kilimo nchini Marekani. Aidha, hadi sasa mbinu zote za uzalishajinishati mbadala - barabara. Labda kila mkazi wa kawaida wa jiji anakubali kwamba ni muhimu kutumia rasilimali za kirafiki, zinazoweza kurejeshwa, lakini si wakati wanaambiwa gharama ya mabadiliko hayo kwa sasa. Wanasayansi bado wana kazi nyingi ya kufanya katika eneo hili. Ugunduzi mpya, nyenzo mpya, maoni mapya - yote haya yatasaidia ubinadamu kukabiliana kwa mafanikio na shida ya rasilimali inayokuja. Shida ya nishati ya sayari inaweza kutatuliwa tu kwa hatua za kina. Katika maeneo mengine, ni rahisi zaidi kutumia kizazi cha umeme cha upepo, mahali fulani - paneli za jua, na kadhalika. Lakini labda sababu kuu itakuwa kupunguzwa kwa matumizi ya nishati kwa ujumla na kuundwa kwa teknolojia za kuokoa nishati. Kila mtu lazima aelewe kwamba anajibika kwa sayari, na kila mmoja lazima ajiulize swali: "Ni aina gani ya nishati ninayochagua kwa siku zijazo?" Kabla ya kuendelea na rasilimali nyingine, kila mtu anapaswa kutambua kwamba hii ni muhimu sana. Ni kwa mbinu jumuishi pekee ndipo itaweza kusuluhisha tatizo la matumizi ya nishati.
