Nie je žiadnym tajomstvom, že zdroje, ktoré dnes ľudstvo využíva, sú vyčerpateľné, navyše ich ďalšia ťažba a využívanie môže viesť nielen k energetickej, ale aj k ekologickej katastrofe. Zdroje, ktoré ľudstvo tradične využíva – uhlie, plyn a ropa – sa o niekoľko desaťročí vyčerpajú a opatrenia musia byť prijaté už teraz, v našej dobe. Samozrejme, môžeme dúfať, že opäť nájdeme nejaké bohaté ložisko, tak ako to bolo v prvej polovici minulého storočia, no vedci sú si istí, že také veľké ložiská už neexistujú. Ale v každom prípade, aj objavenie nových ložísk len oddiali nevyhnutné, je potrebné hľadať spôsoby výroby alternatívnej energie a prejsť na obnoviteľné zdroje ako vietor, slnko, geotermálna energia, energia vodného toku a iné a spolu s preto je potrebné pokračovať vo vývoji technológií na úsporu energie.
V tomto článku zvážime niektoré z najsľubnejších nápadov podľa názoru moderných vedcov, na ktorých bude postavená energia budúcnosti.
Solárne stanice
Ľudia už dlho uvažujú, či je možné využívať energiuslnko na zemi. Voda sa zahrievala pod slnkom, odevy a keramika sa pred odoslaním do pece sušili, ale tieto metódy nemožno nazvať účinnými. Prvé technické prostriedky, ktoré premieňajú slnečnú energiu, sa objavili v 18. storočí. Francúzsky vedec J. Buffon ukázal experiment, pri ktorom sa mu podarilo zapáliť suchý strom pomocou veľkého vydutého zrkadla za jasného počasia zo vzdialenosti asi 70 metrov. Jeho krajan, slávny vedec A. Lavoisier, pomocou šošoviek koncentroval energiu slnka a v Anglicku vytvorili bikonvexné sklo, ktoré zaostrením slnečných lúčov roztavilo liatinu len za pár minút.
Prírodní vedci vykonali mnoho experimentov, ktoré dokázali, že využitie slnečnej energie na Zemi je možné. Solárna batéria, ktorá by premieňala slnečnú energiu na mechanickú, sa však objavila pomerne nedávno, v roku 1953. Vytvorili ho vedci z americkej Národnej agentúry pre letectvo a vesmír. Už v roku 1959 bola solárna batéria prvýkrát použitá na vybavenie vesmírneho satelitu.
Možno už vtedy, keď si vedci uvedomili, že takéto batérie sú vo vesmíre oveľa efektívnejšie, prišli s nápadom vytvoriť vesmírne solárne stanice, pretože za hodinu slnko vygeneruje toľko energie ako celé ľudstvo nespotrebuje za rok, tak prečo nevyužiť toto? Aká bude slnečná energia budúcnosti?
Na jednej strane sa zdá, že využitie slnečnej energie je ideálnou možnosťou. Náklady na obrovskú vesmírnu solárnu stanicu sú však veľmi vysoké a okrem toho bude nákladná aj na prevádzku. TakžeV čase, keď sa zavedú nové technológie na doručovanie tovaru do vesmíru, ako aj nové materiály, bude realizácia takéhoto projektu možná, ale zatiaľ môžeme na povrchu planéty používať iba relatívne malé batérie. Mnohí si povedia, že aj toto je dobré. Áno, je to možné v podmienkach súkromného domu, ale na zásobovanie energiou veľkých miest je preto potrebných buď veľa solárnych panelov, alebo technológia, ktorá ich zefektívni.
Je tu prítomná aj ekonomická stránka problému: každý rozpočet značne utrpí, ak bude poverený úlohou prestavby celého mesta (alebo celej krajiny) na solárne panely. Zdalo by sa, že je možné donútiť obyvateľov miest, aby zaplatili nejaké sumy za dovybavenie, ale v tomto prípade budú nešťastní, pretože ak by boli ľudia pripravení na takéto výdavky, už by to dávno urobili sami: každý má možnosť kúpiť si solárnu batériu.
V súvislosti so solárnou energiou existuje ďalší paradox: výrobné náklady. Priama premena slnečnej energie na elektrickú nie je najefektívnejšia. Doteraz sa nenašiel lepší spôsob, ako využiť slnečné lúče na ohrievanie vody, ktorá sa mení na paru a roztáča dynamo. V tomto prípade je strata energie minimálna. Ľudstvo chce použiť „zelené“solárne panely a solárne stanice na šetrenie zdrojov na Zemi, ale takýto projekt by si vyžadoval obrovské množstvo rovnakých zdrojov a „nezelenej“energie. Napríklad vo Francúzsku bola nedávno postavená solárna elektráreň na ploche asi dvoch štvorcových kilometrov. Náklady na výstavbu boli asi 110 miliónov eur, bez prevádzkových nákladov. Pri tomto všetkom treba mať na pamäti, že životnosť takýchto mechanizmov je približne 25 rokov.
Wind
Veternú energiu využívajú ľudia už od staroveku, najjednoduchším príkladom je plachtenie a veterné mlyny. Veterné mlyny sa používajú aj dnes, najmä v oblastiach so stálym vetrom, napríklad na pobreží. Vedci neustále predkladajú nápady, ako modernizovať existujúce zariadenia na premenu veternej energie, jedným z nich sú veterné turbíny v podobe stúpavých turbín. Vďaka neustálemu otáčaniu by mohli „visieť“vo vzduchu vo vzdialenosti niekoľkých stoviek metrov od zeme, kde je silný a stály vietor. To by pomohlo pri elektrifikácii vidieckych oblastí, kde nie je možné použiť štandardné veterné mlyny. Okrem toho by takéto stúpajúce turbíny mohli byť vybavené internetovými modulmi, ktoré by ľuďom poskytli prístup k World Wide Web.
Prílivy a vlny
Boom slnečnej a veternej energie postupne ustupuje a záujem výskumníkov priťahuje aj iná prírodná energia. Sľubnejšie je využitie prílivov a odlivov. Touto problematikou sa už zaoberá asi stovka firiem po celom svete a existuje niekoľko projektov, ktoré preukázali účinnosť tejto metódy ťažby.elektriny. Výhodou oproti slnečnej energii je, že straty pri prenose jednej energie na druhú sú minimálne: prílivová vlna roztáča obrovskú turbínu, ktorá vyrába elektrinu.
Project Oyster je myšlienkou inštalácie sklopného ventilu na dne oceánu, ktorý privedie vodu na pobrežie, čím sa roztočí jednoduchá hydroelektrická turbína. Len jedna takáto inštalácia by mohla poskytnúť elektrinu malému mikrodištriktu.
V Austrálii sa už prílivové vlny úspešne využívajú: v meste Perth boli nainštalované odsoľovacie zariadenia fungujúce na tento typ energie. Ich práca umožňuje poskytnúť sladkú vodu asi pol miliónu ľudí. V tomto odvetví výroby energie je možné kombinovať aj prírodnú energiu a priemysel.
Využitie prílivovej energie sa trochu líši od technológií, ktoré sme zvyknutí vidieť v riečnych vodných elektrárňach. Vodné elektrárne často poškodzujú životné prostredie: priľahlé územia sú zaplavené, ekosystém je zničený, ale stanice pracujúce na prílivových vlnách sú v tomto ohľade oveľa bezpečnejšie.
Ľudská energia
Jeden z najúžasnejších projektov na našom zozname možno nazvať využitím energie živých ľudí. Znie to ohromujúco a dokonca trochu desivo, ale nie všetko je také desivé. Vedci si vážia myšlienku, ako využiť mechanickú energiu pohybu. Tieto projekty sa týkajú mikroelektroniky a nanotechnológií s nízkou spotrebou energie. Aj keď to znie ako utópia, nedochádza k žiadnemu skutočnému vývoju, ale myšlienka je veľmizaujímavé a neopúšťa mysle vedcov. Súhlaste, veľmi pohodlné budú zariadenia, ktoré sa budú rovnako ako hodinky s automatickým naťahovaním nabíjať zo skutočnosti, že sa senzor potiahne prstom, alebo zo skutočnosti, že tablet alebo telefón pri chôdzi jednoducho visí v taške. Nehovoriac o oblečení, ktoré naplnené rôznymi mikrozariadeniami dokáže premeniť energiu ľudského pohybu na elektrinu.
V Berkeley, napríklad v Lawrenceovom laboratóriu, sa vedci pokúsili zrealizovať myšlienku využitia vírusov na premenu tlakovej energie na elektrinu. Existujú aj malé mechanizmy poháňané pohybom, ale zatiaľ takáto technológia nebola uvedená do prevádzky. Áno, globálnu energetickú krízu nemožno riešiť týmto spôsobom: koľko ľudí bude musieť „predávať“, aby celý závod fungoval? Ale ako jedna z mier používaných v kombinácii je teória celkom životaschopná.
Takéto technológie budú účinné najmä na ťažko dostupných miestach, na polárnych staniciach, v horách a tajge, medzi cestovateľmi a turistami, ktorí nemajú vždy možnosť nabiť si svoje prístroje, no zostať v kontakte je dôležité, najmä ak sa skupina dostala do kritickej situácie. Koľko by sa dalo predísť, keby ľudia mali vždy spoľahlivé komunikačné zariadenie, ktoré nezávisí od „zástrčky“.
Vodíkové palivové články
Snáď každému majiteľovi auta pri pohľade na ukazovateľ množstva benzínu blížiaceho sa k nulemyšlienka, aké by to bolo skvelé, keby auto jazdilo po vode. Teraz sa však jeho atómy dostali do pozornosti vedcov ako skutočné objekty energie. Faktom je, že častice vodíka - najbežnejšieho plynu vo vesmíre - obsahujú obrovské množstvo energie. Navyše motor spaľuje tento plyn prakticky bez vedľajších produktov, čo znamená, že získavame palivo veľmi šetrné k životnému prostrediu.
Vodík poháňajú niektoré moduly a raketoplány ISS, ale na Zemi existuje hlavne vo forme zlúčenín, ako je voda. V osemdesiatych rokoch sa v Rusku vyvíjali lietadlá využívajúce vodík ako palivo, tieto technológie boli dokonca uvedené do praxe a experimentálne modely preukázali svoju účinnosť. Keď sa vodík oddelí, presunie sa do špeciálneho palivového článku, po ktorom sa môže priamo vyrábať elektrina. Toto nie je energia budúcnosti, toto je už realita. Podobné autá sa už vyrábajú a v pomerne veľkých sériách. Honda, aby zdôraznila všestrannosť zdroja energie a auta ako celku, uskutočnila experiment, v dôsledku ktorého bolo auto pripojené k domácej elektrickej sieti, ale nie za účelom dobitia. Auto dokáže poháňať súkromný dom niekoľko dní alebo prejsť takmer päťsto kilometrov bez tankovania.
Jedinou nevýhodou takéhoto zdroja energie sú v súčasnosti relatívne vysoké náklady na takéto ekologické autá a, samozrejme, pomerne malý počet vodíkových staníc, no mnohé krajiny už plánujú ich výstavbu. Napríklad vNemecko už má plán na inštaláciu 100 čerpacích staníc do roku 2017.
Teplo zeme
Premena tepelnej energie na elektrinu je podstatou geotermálnej energie. V niektorých krajinách, kde je ťažké použiť iné priemyselné odvetvia, sa používa pomerne široko. Napríklad na Filipínach pochádza 27 % všetkej elektriny z geotermálnych elektrární, zatiaľ čo na Islande je to približne 30 %. Podstata tohto spôsobu výroby energie je celkom jednoduchá, mechanizmus je podobný jednoduchému parnému stroju. Pred údajným "jazerom" magmy je potrebné vyvŕtať studňu, cez ktorú sa dodáva voda. Pri kontakte s horúcou magmou sa voda okamžite zmení na paru. Stúpa tam, kde roztáča mechanickú turbínu, čím generuje elektrinu.
Budúcnosťou geotermálnej energie je nájsť veľké „zásobníky“magmy. Napríklad na spomínanom Islande sa im to podarilo: v zlomku sekundy premenila horúca magma všetku čerpanú vodu na paru s teplotou asi 450 stupňov Celzia, čo je absolútny rekord. Takáto vysokotlaková para dokáže niekoľkonásobne zvýšiť účinnosť geotermálnej elektrárne, môže sa stať impulzom pre rozvoj geotermálnej energie na celom svete, najmä v oblastiach nasýtených sopkami a termálnymi prameňmi.
Využitie jadrového odpadu
Jadrová energia sa svojho času rozprúdila. Tak to bolo dovtedy, kým si ľudia neuvedomili nebezpečenstvo tohto odvetviaenergie. Nehody sú možné, nikto nie je imúnny voči takýmto prípadom, ale sú veľmi zriedkavé, ale rádioaktívny odpad sa neustále objavuje a až donedávna vedci nedokázali tento problém vyriešiť. Faktom je, že uránové tyče – tradičné „palivo“jadrových elektrární, sa dajú využiť len na 5 %. Po vypracovaní tejto malej časti sa celá tyč odošle na „skládku“.
Predtým sa používala technológia, pri ktorej boli tyče ponorené do vody, čo spomaľuje neutróny a udržuje stabilnú reakciu. Teraz sa namiesto vody použil tekutý sodík. Táto náhrada umožňuje nielen využiť celý objem uránu, ale aj spracovať desiatky tisíc ton rádioaktívneho odpadu.
Je dôležité zbaviť planétu jadrového odpadu, no v samotnej technológii je jedno „ale“. Urán je zdroj a jeho zásoby na Zemi sú obmedzené. Ak sa celá planéta prepne výlučne na energiu prijímanú z jadrových elektrární (napríklad v Spojených štátoch vyrábajú jadrové elektrárne len 20 % všetkej spotrebovanej elektriny), zásoby uránu sa celkom rýchlo vyčerpajú, čo ľudstvo opäť povedie k na prah energetickej krízy, takže jadrová energia, aj keď modernizovaná, len dočasné opatrenie.
Rastlinné palivo
Dokonca aj Henry Ford, ktorý vytvoril svoj „Model T“, očakával, že už bude jazdiť na biopalivá. V tom čase však boli objavené nové ropné polia a potreba alternatívnych zdrojov energie na niekoľko desaťročí zmizla, no terazspäť.
Za posledných pätnásť rokov sa používanie rastlinných palív, ako je etanol a bionafta, niekoľkonásobne zvýšilo. Používajú sa ako nezávislé zdroje energie a ako prísady do benzínu. Pred časom sa nádeje vkladali do špeciálnej kultúry prosa, nazývanej „kanola“. Je úplne nevhodný pre potravu pre ľudí alebo hospodárske zvieratá, ale má vysoký obsah oleja. Z tohto oleja začali vyrábať „bionaftu“. Táto plodina však zaberie príliš veľa miesta, ak sa jej pokúsite vypestovať dostatok energie na poháňanie aspoň časti planéty.
Vedci teraz hovoria o využití rias. Ich obsah oleja je asi 50%, čo uľahčí ťažbu ropy a odpad možno premeniť na hnojivá, na základe ktorých sa budú pestovať nové riasy. Myšlienka sa považuje za zaujímavú, ale jej životaschopnosť ešte nebola dokázaná: publikácia úspešných experimentov v tejto oblasti ešte nebola zverejnená.
Fusion
Budúca energia sveta je podľa moderných vedcov nemožná bez technológií termonukleárnej fúzie. Toto je momentálne najsľubnejší vývoj, do ktorého sa už investujú miliardy dolárov.
Jadrové elektrárne využívajú energiu štiepenia. Je to nebezpečné, pretože hrozí nekontrolovaná reakcia, ktorá zničí reaktor a povedie k úniku obrovského množstva rádioaktívnych látok: azda každý si pamätá nehodu v jadrovej elektrárni v Černobyle.
Pri fúznych reakciách, ktoréAko už názov napovedá, využíva sa energia uvoľnená pri fúzii atómov. Výsledkom je, že na rozdiel od atómového štiepenia nevzniká žiadny rádioaktívny odpad.
Hlavným problémom je, že v dôsledku fúzie vzniká látka, ktorá má takú vysokú teplotu, že môže zničiť celý reaktor.
Táto energia budúcnosti je realitou. A fantázie sú tu nevhodné, momentálne sa už vo Francúzsku začalo s výstavbou reaktora. Do pilotného projektu financovaného mnohými krajinami, medzi ktoré okrem EÚ patrí Čína a Japonsko, USA, Rusko a ďalšie, sa investovalo niekoľko miliárd dolárov. Pôvodne sa prvé experimenty plánovali spustiť už v roku 2016, no výpočty ukázali, že rozpočet bol príliš malý (namiesto 5 miliárd to bolo 19) a spustenie sa odložilo o ďalších 9 rokov. Možno o pár rokov uvidíme, čoho je jadrová energia schopná.
Výzvy súčasnosti a príležitosti do budúcnosti
Nielen vedci, ale aj spisovatelia sci-fi dávajú množstvo nápadov na implementáciu budúcich technológií v energetike, no všetci sa zhodujú na tom, že zatiaľ žiadna z navrhovaných možností nemôže plne uspokojiť všetky potreby našej civilizácie. Ak by napríklad všetky autá v Spojených štátoch jazdili na biopalivá, polia repky by museli pokrývať plochu rovnajúcu sa polovici celej krajiny, bez ohľadu na to, že v štátoch nie je toľko pôdy vhodnej na poľnohospodárstvo. Navyše, zatiaľ všetky spôsoby výroby alternatívna energia – cesty. Snáď každý bežný obyvateľ mesta súhlasí s tým, že je dôležité využívať obnoviteľné zdroje šetrné k životnému prostrediu, no nie vtedy, keď mu v súčasnosti povedia cenu takéhoto prechodu. Vedci majú v tejto oblasti ešte veľa práce. Nové objavy, nové materiály, nové nápady – to všetko pomôže ľudstvu úspešne sa vyrovnať s hroziacou krízou zdrojov. Energetický problém planéty možno vyriešiť iba komplexnými opatreniami. V niektorých oblastiach je vhodnejšie použiť výrobu veternej energie, niekde - solárne panely atď. Ale možno hlavným faktorom bude znižovanie spotreby energie vo všeobecnosti a vytváranie technológií šetriacich energiu. Každý človek musí pochopiť, že je zodpovedný za planétu a každý si musí položiť otázku: "Aký druh energie si vyberiem pre budúcnosť?" Pred prechodom na iné zdroje by si mal každý uvedomiť, že je to naozaj potrebné. Problém spotreby energie bude možné vyriešiť iba integrovaným prístupom.
