Енергиен проблем и начини за неговото решаване. Перспективи за алтернативна енергия

Времето не стои неподвижно. В древни времена хората са използвали като източник на енергия само собствените си сили или, ако е възможно, силата на домашните животни. Тогава първият външен източник на енергия, който хората са научили да използват, е огън. Всичко, което първоначално е било в състояние да получи от огъня, е готвене и отопление на домовете им. Днес службата на човечеството са източници на енергия, които надвишават човешката сила от милиони пъти. Сега ние подготвяме храна не само с помощта на огън, ние вдигаме тонове товари със специално оборудване, използваме ракети, завладяваме пространството, поглеждаме в дълбините на Земята и изграждаме милиони градове. Въпреки това в света все повече местни енергийни кризи възникват, свързани с липсата на енергийни ресурси.

Закон за енергетиката

Енергията никога не изчезва, тя може да променя формата си и да се натрупва. Например, растенията се нуждаят от слънчева светлина, трансформират слънчевата енергия и я натрупват. В същото време те ни го дават под формата на ядивни продукти, хората и животните консумират тези растения и трансформират тази енергия, която те натрупват, например, в мускулна работа. От друга страна, изгарянето на дърва на клада също освобождава енергия от слънцето. В допълнение, всички изкопаеми ресурси планетите, предимно въглища, природен газ, петрол, са акумулаторите на слънчевата енергия. Всички тези енергийни ресурси са формирани от останките на животни и растения, съществували преди милиони години, под въздействието на натиск и изключително високи температури в земната кора.

На средновековен човек изглежда да е магия, ако пред очите му някой може да извлече светлина от въглища или да пусне колата в движение с помощта на масло. Но тази магия се състои само в това, че е възможно натрупването на енергия и нейният преход от една форма към друга. В наше време този процес е станал толкова общ за всички, че малко хора мислят за енергийния проблем и за ресурсите, които вземаме за тази цел. От времето, когато човечеството започва да разкрива тайните на енергията, то се опитва да получи енергия с най-ниска цена. Идеалният вариант е да се измисли машина на времето, така нареченият "perpertum mobile", който би произвел енергията сама, изваждайки я от нищо. Но, за съжаление, не е възможно да се създаде такъв вечен двигател, който да реши всички проблеми на енергийните ресурси. Общото количество енергия винаги остава същото, не може да бъде създадено, може да се освободи само натрупаната енергия и да се превърне в друго: светлина, електричество, топлина, физика, химикал и т.н.

Водата като източник на енергия

Човек може да използва мощната сила на водата, в някои етапи да се намесва в естествената циркулация на водата, за да извлича енергия по този начин. Днес, водноелектрическата енергия се произвежда електроенергия, която може да се натрупва или незабавно консумират по предназначение.

Невероятната сила на морските вълни всяка втора почивка на многобройни брегове, тяхната мощна енергия върши своята работа. Но човечеството все още не е в състояние да използва силата на морските вълни за производство на енергия, въпреки че съществуват безброй теоретични модели и идеи за тяхното прилагане за решаване на енергийния проблем. Отскоро след катастрофата в атомната централа в Чернобил правителствата на много морски държави сериозно се заинтересуваха от този безопасен източник на енергия, а преди това бяха проведени тестове предимно в областта на атомната енергия.

въглища

Всички видове въглища са резултат от процес, който е продължил милиони години, по време на който останките от различна растителност се разлагат и се превръщат в торф под високо налягане, след това в въглища. Милиони години тези находища проникваха все по-дълбоко и по-дълбоко в земната кора, покривайки се с нови слоеве отгоре. Например торфен пласт от 50 метра е уплътнен до въглищен пласт от 3 метра. Първо, през І век на нашата ера, римляните са отоплявали жилищата си с помощта на въглища. Изследователите смятат, че торфът е бил използван за отопление през праисторическия период. И едва през XVI век въглищата започнаха да се използват в Европа като гориво.

Въглищата и петролът по произход и химичен състав принадлежат към една и съща група. Всъщност, от въглища, както и от нефт, можете да получите бензин. Този метод е разработен в Германия по време на Втората световна война, когато не е достатъчно масло за производство на бензин. Този метод се състои във факта, че в процеса на изгаряне въглищата се раздробяват и претърпяват определени химически процеси, което води до отлично гориво.

Маслото

Подобно на други видове изкопаеми горива, които човечеството изгаря, за да произвежда топлина и електричество, петролът има изключително почтена възраст. Най-старият петролни полета са формирани преди 600 милиона години. Маслото запълни всички кухини и пукнатини на земната кора, създавайки огромни отлагания. Днес те се търсят активно, пробиват се кладенци и се добиват огромни запаси от тези находища.

От петрола произвеждат все повече вещества, консумирани от човечеството. Бензинът и дизелът не са единствените продукти, консумирани от хората. Нефтът е суровина за производство на лекарства, изкуствени тъкани, отрови, минерални торове, козметика, пластмаси. Ние дори не подозираме как човечеството зависи от тези горивни и енергийни ресурси. Нищо чудно, че най-богатите страни в света са страни-производители и производители на петрол. Днес петролът доминира навсякъде. Никоя друга форма на власт не може да замени петрола като енергиен източник.

Природен газ

Газът, използван за отопление, готвене или производство на електроенергия, в повечето случаи е пропан, бутан или природен газ. Той е открит при пробиване на първите петролни кладенци почти случайно. Днес природният газ осигурява една пета от световното търсене на енергия.

Природният газ, който гори по време на готвене, излъчва енергия два пъти повече от произведения електрически ток топлоелектрически централи. Природният газ, като въглищата, е изкопаемо гориво, но неговият произход е по-близо до петрола. Затова се произвежда заедно с петрол или под формата на независими газови образувания. Най-лесно е да се извлича природен газ от полета, които са под земята, като в Близкия изток или в Сибир. Безопасността по време на нейното разработване се осигурява от система от свързващи тръби и вентили, с които регулират налягането, тъй като газовите находища постоянно са под огромно налягане.

Основните европейски газови находища са в Италия, Франция и Холандия, както и в Северно море, близо до бреговете на Великобритания и Норвегия. Освен това Русия доставя сибирски газ с обширна система от газопроводи за страните от Централна Европа. Русия е основният доставчик на газ и една трета от всички запаси от газ, използвани в света, идва от Сибир.

Енергия от атоми

Човечеството се е научило как да получава атомна енергия в електроцентралите чрез разделяне на ядрото на урановия атом. Именно този елемент има нестабилно ядро ​​и най-лесно се разделя от действието на неутрони. В резултат на разпадането на ядрото се освобождават нови неутрони, които от своя страна разцепват други атомни ядра. Този процес се превръща в верижна реакция и отделя огромно количество енергия, която се използва за превръщане на водата в пара, задвижване на турбина и електрически генератор. За съжаление, този начин на решаване на енергийния проблем е опасен, заедно с енергията на атомните ядра, настъпва радиоактивно излъчване, което е опасно за всички живи организми. Следователно защитата със специални покрития на такива електроцентрали трябва да бъде максимална.

Мека енергия

Според учените, решението на енергийния проблем в бъдеще за меките алтернативни форми на енергия. Има такива форми като вятърна енергия, биоенергия и слънчева енергия. Те не разхищават минерали и не увреждат околната среда. Те се наричат ​​и възобновяеми енергийни източници. Докато има живот на Земята, вятърната енергия, биоенергията и слънчевата енергия са неизчерпаеми, а изкопаемите източници като въглища, газ и петрол някой ден ще изчезнат.

биоенергия

Биоенергията е енергия, която се произвежда от растенията. За животните и хората растенията са най-важният източник на енергия и храна. Растенията получават енергия директно от Слънцето, дърво - носител на възобновяема биоенергия. Но нашите нужди индустриалното общество толкова голям, че цялата дървесина на планетата може да задоволи само малка част от него, без да разрешава енергийния проблем. В много страни дървесината е основен източник на енергия. Неконтролираните сечи водят до намаляване на броя на дърветата, тъй като често за тях няма достатъчно пари. В този случай този източник постепенно става невъзобновим, което ще бъде една от причините за енергийния проблем.

Алтернативен и обещаващ метод за получаване на енергия е производството на биогаз. Тя се формира от унищожените вещества на животинския и растителния свят при липса на контакт с въздуха. Селското стопанство, където много биомаса се събира като отпадъци, може да използва специални инсталации за производство на биогаз за производство на метан. Експлоатацията на такива съоръжения не вреди на околната среда и тяхното използване не изисква никакви разходи. Решението на проблема с енергията и суровините в такива алтернативни източници. Но, разбира се, първо трябва да бъдат построени, а първите експерименти винаги са свързани с високи разходи. Един интересен начин да се харчат по-малко газ, например, намерени в Бразилия. Те произвеждат био-алкохол, течност, получена от ферментацията на захарна тръстика и царевица. Този алкохол се добавя към обикновения бензин. Така страната става по-малко зависима от вноса на бензин.

Друг пример за използване на биоенергия е калифорнийското крайбрежие. В морски ферми се отглежда една от разновидностите на морски водорасли, която расте с половин метър дневно. Те също се преработват за производство на бензин, а други видове водорасли се използват като суровини в топлоелектрическите централи, което намалява проблема с енергията и суровините.

Вятърна енергия

Вятърът е един от традиционните източници на енергия. Още през VII в. Пр. Хр. д. В Персия са използвани вятърни мелници, а през 1920 г. за първи път в Съединените щати са използвани вятърни мелници за производство на електричество. Още 10 години по-късно в Австрия и Бавария са построени вятърни инсталации, които осигуряват цели зони със собствено електричество.

Модерните електроцентрали произвеждат електричество. С помощта на вятърна енергия се движат електрически генератори, които захранват електрическата мрежа или акумулират енергия в батериите. Според експерти използването на вятърна енергия има голямо бъдеще, ако човечеството предпочете развитието на алтернативни енергийни технологии, а не ядрена енергия и използването на петрол като енергиен източник.

Слънчева енергия

От гледна точка на производството на енергия, можем да разглеждаме Слънцето като вид атомна реактор с изключителна мощност. Само една малка частица достига Земята, но дори и тя дава възможност за живот. Възможно ли е слънчевата енергия да се преобразува директно в електричество? Да, това е напълно възможно с помощта на слънчеви панели. Още днес, където слънцето свети ярко и електрическите нужди са малки, те получават енергия директно от слънцето. Слънчевите панели са плочи, които имат два изключително тънки слоя. Един слой се състои от силиций, а вторият - от силиций и бор. Заедно със слънчевата светлина, която удря слънчевата батерия, фотоните проникват в нейния външен слой - най-малките частици светлина, излъчвани от слънцето. Те карат електрони в движение, прехвърлят ги във втория слой и по този начин предизвикват електрическо напрежение. Прехвърлените електрони влизат в акумулатора на тока, след това - в електрическите проводници. Така например централите на слънчева енергия вече решават енергийния проблем на Далечния изток.

Слънчевите панели постоянно се подобряват. Докато те все още са много скъпи, но се надяваме, че в близко бъдеще те ще станат доста ефективни и евтини и ще могат да решат глобалния енергиен проблем, за да задоволят значителна част от нуждите на човечеството от електричество. Подобни слънчеви ферми сега се намират в нежилищни райони поради силната топлина. Перспективите за използване на слънчевата енергия са огромни, според експерти, ако технологията за производство на водород продължи да се развива, тогава слънчевата енергия, натрупана в пустинните райони, може да бъде доставена под формата на водород в страните потребители.

Защо да пестите енергийни резерви?

Депозитите на нефт, въглища и природен газ, формирани от нашата планета в продължение на милиони години, човечеството прекарва няколко години. Когато безрезервно харчим тези резерви с увеличаване на извличането на енергийни носители, ние ограбваме нашите потомци.

По този начин ние нарушаваме баланса на енергията на Земята, защото съотношението между получената и връщаната към космоса енергия трябва да бъде балансирано. Ако човечеството унищожи и изгори енергийните запаси, тогава се образуват газове, които предотвратяват връщането на излишната слънчева енергия в космоса. В резултат на това възниква глобален енергиен проблем - нашата планета се затопля, появява се феномен, наречен парников ефект. Парников ефект може да промени глобалния климат толкова много, че пустините ще се разширят, ще се образуват опустошителни торнадо, ледът ще се стопи на полюсите, морското равнище ще се повиши значително, много брегове ще бъдат наводнени с вода.

Освен това вече е дошло времето за изчерпване на енергийните ресурси. Учените предизвикват тревога, като твърдят, че енергийните запаси от изкопаеми ще продължат няколко десетилетия, след което потреблението на енергия ще намалее и човешкото благосъстояние също. Решаване на проблема при бързия преход на обществото към разумното потребление на енергийни запаси и разработване на нови алтернативни и безопасни методи за производство на енергия.