Коли не стане нафти
Як відомо, споживання енергії в світі зростає величезними темпами. Що ж буде робити людство, коли в наших надрах не залишиться палива, а для життя буде вимагатися незрівнянно більше енергії, ніж зараз?
При цьому зараз основним джерелом енергії для людства, як і сто років тому, є викопне паливо. Незважаючи на те, що атомна енергія підвладна людям уже понад півстоліття, частка її в світовій енергосистемі на сьогоднішній день навряд чи дотягне до однієї десятої. А адже після того, як люди освоїли контрольоване ядерне поділ, вважалося, що атомна енергія незабаром витіснить викопне паливо. Останнього, як відомо, стає все менше і менше: всі прогнози сходяться на тому, що при збереженні сучасних темпів видобутку нафти і газу нам вистачить на кілька десятиліть, а вугілля - на сторіччя-інше.
термоядерний синтез
В середині минулого століття, вже незабаром після появи перших атомних і водневих бомб, ідеї керованого термоядерного синтезу стали поширюватися спочатку в Радянському Союзі, а пізніше і в інших країнах. У 1956-му році академік Ігор Курчатов виступив з пропозицією про міжнародне співробітництво в цій галузі.
Незважаючи на те, що людству відомо більше десятка різних реакцій злиття атомів, на практиці зараз розглядаються лише дві з них. Найбільш проста і досяжна: «дейтерій + тритій». Саме ця реакція проходить в термоядерних бомбах. Її застосування обумовлено тим, що в якості палива можна використовувати два твердих речовини - дейтерид літію-6 (джерело дейтерію) і металевий літій-6, який під дією нейтронів від розпаду ядерного запалу здатний на розподіл з утворенням тритію і гелію-3 і виділенням енергії .
Результатом реакції синтезу «дейтерій + тритій» є утворення гелію-4, нейтрона і виділення енергії. Потужний потік нейтронів і температура - мільйон градусів вносять певні складності для її контролю: таку небезпечну і гарячу плазму треба якось утримувати. Одне з перших і найбільш відпрацьованих рішень-магнітна пастка, яка отримала назву токамак. Принцип дії полягає в утриманні грудки високотемпературної плазми в повітрі за допомогою декількох потужних магнітів. При цьому магніт має форму кільця.
Найбільшого успіху вчені домоглися в проекті ITER, здійснюється на півдні Франції зусиллями декількох держав. Він являє собою експериментальний термоядерний реактор, який зможе отримувати електрику і стане першою комерційною електростанцією, заснованої на термоядерному синтезі. Будівництво комплексу почалося в 2010-му році, а запуск для проведення перших експериментів намічений на 2020 й рік.
Ще одна перспективна для керованого синтезу реакція - «дейтерій + гелій-3». На відміну від попередньої, реакція тягне у багато разів менший потік небезпечних нейтронів, замість яких виділяються протони, а їх легко вловити і навіть використовувати для отримання енергії. Крім того, початкове паливо для синтезу малоактивні, а його зберігання не становить особливих труднощів. Разом з тим, при аварії такий реактор практично не забруднить навколишнє середовище.
Проте, гелій-3 розглядається в якості палива лише на дальню перспективу. Цей елемент є побічним продуктом реакцій, що відбуваються на Сонці. На Землі з її щільною атмосферою його поширеність вельми мала, так що весь використовуваний для наукових і промислових потреб ізотоп утворюється штучно як продукт розпаду тритію. Але на Місяці, де немає атмосфери, запаси гелію-3 оцінюються в 10 млн. Тонн, так що в майбутньому розглядається можливість промислового видобутку цього мінералу на Місяці і доставки на Землю. Це може бути дуже вигідно: при вступі в реакцію всього 1 кг гелію-3 і 670 г дейтерію виділяється енергія, яка утворилася б при згорянні 15 тис. Тонн нафти. На жаль, на сьогоднішній день запуск такої реакції неможливий технічно, так як для цього необхідна куди більш висока температура, ніж для здійснення синтезу «дейтерій + тритій».
За весь той час, що нам відомий термоядерний синтез, світ не раз облітали сенсації щодо нового прориву в цій галузі. Всі вони стосувалися холодного термоядерного синтезу - гіпотетичної можливості здійснювати синтез, що не розігріваючи робоче тіло до мільйонів градусів. До сих пір всі ці повідомлення не підтверджувалися експериментами. Звичайно, те, що холодний термоядерний синтез все ж можливий, допустимо, але будь-яких значних зрушень в цьому напрямі поки немає.
сонце
На відстані близько 150 млн. Кілометрів від нас знаходиться найважливіший в житті нашої планети джерело енергії - наше Сонце. Тут проходять всі ті ж термоядерні реакції. Саме їхня енергія породила життя на нашій планеті, вивільнила кисень, вона лежить в основі хімічної енергії нафти і газу, а також запасів гелію-3 на Місяці.
Енергії, що посилається Сонцем на Землю у вигляді світлового випромінювання, вистачило б людству з лишком на будь-які потреби. В районі екватора наша планета отримує близько 2,5 кВт енергії на кожен квадратний метр поверхні. Так чому ж не використовувати цю безкоштовну, безпечну і настільки доступну енергію замість того, щоб спалювати тонни нафти?
Відео: Світ без нафти. Що буде, якщо раптом зникне нафту
Електростанція Gemasolar в іспанській Андалусії, що працює від сонячної енергії
Відео: В ОАЕ впевнені - нафта закінчиться, а вони гірше жити не стануть
Прямі методи перетворення сонячної енергії в електричну поки ще занадто примітивні. Варто визнати, що наука, так далеко зробила крок у багатьох напрямках, поки що не дозволяє використовувати сонячну енергію досить ефективно. Найбільш відпрацьовані в технологічному плані сонячні панелі засновані на кремнієвих фотодиодах, напівпровідниках, всередині яких під впливом світла без додаткових перетворень виробляється електрика. Такі панелі вбудовують в калькулятори, електронні годинники та інші невеликі прилади. Проте, до недавнього часу батареї були настільки дорогими і неефективними, що і за кілька десятиліть роботи не могли окупити витрати на своє виробництво. Але часи змінюються, з`являються нові матеріали, а методи виробництва удосконалюються щороку. Не так давно стали з`являтися органічні напівпровідники, виробництво яких зазвичай коштує набагато менше, ніж кремнієвих. Останній рекорд ефективності сонячних батарей виглядає вже цілком переконливо - 37,8%.
Є й інші способи уловлювання сонячної енергії і перетворення її в електрику. Один з них - нагрівання робочого тіла, наприклад, води або солі, яке в свою чергу обертає турбіни, що виробляють електрику. Crescent Dunes Solar Energy Project, неподалік від Лас-Вегаса, вже дозволяє виробляти до 110 МВт електрики в середньому по десять годин на добу. Споруда є вежу висотою 165 м. Усередині башти знаходиться резервуар з робочим тілом - розплавленою сіллю з температурою близько 1000 ° С, а також теплообмінник і необхідна для вироблення електрики інфраструктура. Необхідною сонячним світлом вежу будуть забезпечувати 10 тис. Дзеркал, які розташуються навколо неї на відстані до трьох кілометрів. Площа кожного дзеркала складе кілька квадратних метрів, а фокусуватися весь світ буде на теплообміннику розміром всього 30 м.
вітер
Ще в далекі часи вітер рухав кораблі і змушував працювати млини. З тих пір потреби людства зросли на кілька порядків, але вітер як дув, так і продовжує дути. Багато країн вже успішно використовують вітер для отримання електрики: в Данії він приносить майже третину, в Португалії - одну п`яту всієї електроенергії.
У вітряних електростанцій безліч плюсів. Вони не забруднюють навколишнє середовище, надаючи лише невеликий вплив на мікроклімат. Площа, яку займає турбіна, зазвичай не перевищує 1% всієї ферми, так що землю можна без проблем використовувати для потреб сільського господарства. У густонаселених країнах так і роблять: земля під щоглу орендується у фермерів, які ведуть навколо свою сільськогосподарську діяльність.
Зрозуміло, вітряки можна встановлювати там, де є вітер. Якщо середньорічна швидкість вітру нижче 5 м / с, то використовувати генератори з горизонтальною віссю обертання недоцільно. Але не так давно з`явилися роторні генератори з вертикальною віссю обертання, здатні добре працювати і при швидкості вітру всього 1 м / с. З ростом середньої швидкості вітру собівартість кожного кіловата виробленої електрики суттєво знижується.
Вітряна електростанція Thanet - вітрова станція в 11 км від узбережжя округу Танет (Thanet) в графстві Кент в Англії. Це найбільша вітряна електростанція, що знаходиться у відкритому морі. Її потужність досягає 300 МВт, а вартість - 1,2 - 1,4 мільярда доларів.
Світовим лідером в області вітроенергетики є Китай. У 2006-му році тут був прийнятий закон про відновлювані джерела енергії. Передбачалося, що до 2020-го року сумарна потужність всіх вітряків досягне 30 ГВт. Однак бурхливе зростання галузі дозволив переступити цей поріг вже в 2010-му році, а до кінця минулого року цей показник дорівнював вже 75 ГВт, що склало 26,8% від загальносвітового виробництва. Найбільша в світі вітряна ферма знаходиться в Індії і називається Jaisalmer Wind Park. Заснована в 2001-му році, вона постійно зростає: за станом на лютий цього року її сумарна потужність становить трохи більше 1000 МВт.
водень
Звичайно, нові способи отримання електроенергії - це величезний прорив вперед. Проте досить компактні, потужні і недорогі акумулятори ми поки не винайшли, так що наш транспорт як і раніше потребує палива. Водень - практично ідеальне паливо: він має дуже високу питому теплоту згоряння, а в результаті горіння виходить лише водяна пара.
Отримання водню також гранично просто - за допомогою електролізу вода розкладається на водень і кисень. Ще один безперечний плюс: водень дозволяє досить легко і компактно отримувати електрику каталітичним способом.
У майбутньому, коли людство навчиться отримувати дешеву електроенергію від Сонця, саме водень стане основним паливом, використовуваним для заправки транспорту. При цьому є всі підстави вважати, що сьогоднішні нафтові експортери начебто Саудівської Аравії, ОАЕ та інших арабських країн, можуть стати найбільшими виробниками водню. Для цього у них є все: величезні незайняті території, дуже спекотне сонце, постійно ясна погода і достатні для реалізації зухвалого проекту кошти. Відсутність прісної води некритично, водень можна отримувати і з морської.
Відео: ЩО БУДЕ, ЯКЩО ЗНИКНЕ СОНЦЕ
антиматерія
Варто згадати і ще про одне потенційне джерело колосальної енергії - антиматерії. Про неї нам відомо дуже мало. Вона являє собою повну протилежність матерії, з якої складаємося ми з вами і все інше у Всесвіті. При зустрічі матерії і антиматерії відбувається анігіляція, в результаті якої і одна, і інша зникають, а в навколишній простір вивільняється енергія. За розрахунковими даними, анігіляція 1 кг матерії і такої ж кількості антиматерії вивільняє енергію, еквівалентну вибуху майже 43 мегатонн тротилу.
Поки що люди не навчилися ні отримувати в достатній кількості, ні використовувати антиматерію. Але це не означає, що в майбутньому ми ніколи не зможемо «пустити в справу» цю загадкову і цікаву субстанцію.
