Ce n'est un secret pour personne que les ressources utilisées par l'humanité aujourd'hui sont limitées, de plus, leur extraction et leur utilisation ultérieures peuvent conduire non seulement à l'énergie, mais aussi à une catastrophe environnementale. Les ressources traditionnellement utilisées par l'humanité - charbon, gaz et pétrole - s'épuiseront dans quelques décennies, et des mesures doivent être prises maintenant, à notre époque. Bien sûr, nous pouvons espérer que nous retrouverons un gisement riche, comme c'était le cas dans la première moitié du siècle dernier, mais les scientifiques sont sûrs que de tels gisements n'existent plus. Mais dans tous les cas, même la découverte de nouveaux gisements ne fera que retarder l'inévitable, il est nécessaire de trouver des moyens de produire de l'énergie alternative et de passer à des ressources renouvelables telles que le vent, le soleil, la géothermie, l'énergie hydraulique et autres, et avec cela, il est nécessaire de continuer à développer des technologies économes en énergie.
Dans cet article, nous examinerons certaines des idées les plus prometteuses, de l'avis des scientifiques modernes, sur lesquelles l'énergie du futur sera construite.
Stations solaires
Les gens se demandent depuis longtemps s'il est possible d'utiliser l'énergiesoleil sur terre. L'eau était chauffée au soleil, les vêtements et les poteries étaient séchés avant d'être envoyés au four, mais ces méthodes ne peuvent être qualifiées d'efficaces. Les premiers moyens techniques de conversion de l'énergie solaire sont apparus au XVIIIe siècle. Le scientifique français J. Buffon a montré une expérience dans laquelle il a réussi à enflammer un arbre sec à l'aide d'un grand miroir concave par temps clair à une distance d'environ 70 mètres. Son compatriote, le célèbre savant A. Lavoisier, utilisait des lentilles pour concentrer l'énergie du soleil, et en Angleterre ils ont créé le verre biconvexe, qui, en focalisant les rayons du soleil, faisait fondre la fonte en quelques minutes.
Les naturalistes ont mené de nombreuses expériences qui ont prouvé que l'utilisation de l'énergie solaire sur Terre était possible. Cependant, une batterie solaire qui convertirait l'énergie solaire en énergie mécanique est apparue relativement récemment, en 1953. Il a été créé par des scientifiques de la National Aerospace Agency des États-Unis. Déjà en 1959, une batterie solaire a été utilisée pour la première fois pour équiper un satellite spatial.
Peut-être que même alors, réalisant que de telles batteries sont beaucoup plus efficaces dans l'espace, les scientifiques ont eu l'idée de créer des stations solaires spatiales, car en une heure le soleil génère autant d'énergie que toute l'humanité ne consomme pas en un an, alors pourquoi ne pas l'utiliser ? Quelle sera l'énergie solaire du futur ?
D'une part, il semble que l'utilisation de l'énergie solaire soit une option idéale. Cependant, le coût d'une énorme station solaire spatiale est très élevé et, de plus, son fonctionnement sera coûteux. Alorsmoment, lorsque de nouvelles technologies pour la livraison de marchandises dans l'espace, ainsi que de nouveaux matériaux, seront introduites, la mise en œuvre d'un tel projet deviendra possible, mais pour l'instant nous ne pouvons utiliser que des batteries relativement petites à la surface de la planète. Beaucoup diront que c'est aussi bon. Oui, c'est possible dans les conditions d'une maison privée, mais pour l'approvisionnement énergétique des grandes villes, il faut donc soit beaucoup de panneaux solaires, soit une technologie qui les rendra plus efficaces.
L'aspect économique de la question est également présent ici: tout budget souffrira grandement s'il est chargé de convertir une ville entière (ou un pays entier) aux panneaux solaires. Il semblerait qu'il soit possible d'obliger les habitants des villes à payer certaines sommes pour se rééquiper, mais dans ce cas ils seront mécontents, car si les gens étaient prêts à faire de telles dépenses, ils l'auraient fait eux-mêmes depuis longtemps: tout le monde a la possibilité d'acheter une batterie solaire.
Il existe un autre paradoxe concernant l'énergie solaire: les coûts de production. Convertir directement l'énergie solaire en électricité n'est pas la chose la plus efficace. Jusqu'à présent, rien de mieux n'a été trouvé que d'utiliser les rayons du soleil pour chauffer de l'eau qui, se transformant en vapeur, fait tourner à son tour une dynamo. Dans ce cas, la perte d'énergie est minime. L'humanité veut utiliser des panneaux solaires "verts" et des stations solaires pour conserver les ressources sur terre, mais un tel projet nécessiterait une énorme quantité des mêmes ressources et de l'énergie "non verte". Par exemple, en France, une centrale solaire a été récemment construite, couvrant une superficie d'environ deux kilomètres carrés. Le coût de la construction a été d'environ 110 millions d'euros, hors frais d'exploitation. Avec tout cela, il convient de garder à l'esprit que la durée de vie de tels mécanismes est d'environ 25 ans.
Vent
L'énergie éolienne est également utilisée depuis l'Antiquité, l'exemple le plus simple étant la voile et les moulins à vent. Les moulins à vent sont encore utilisés aujourd'hui, en particulier dans les zones où les vents sont constants, comme sur la côte. Les scientifiques proposent constamment des idées sur la façon de moderniser les dispositifs existants de conversion de l'énergie éolienne, l'un d'entre eux étant les éoliennes sous la forme de turbines montantes. En raison de la rotation constante, ils pourraient "se suspendre" dans les airs à une distance de plusieurs centaines de mètres du sol, là où le vent est fort et constant. Cela aiderait à l'électrification des zones rurales où l'utilisation d'éoliennes standard n'est pas possible. De plus, ces turbines en plein essor pourraient être équipées de modules Internet, ce qui permettrait aux gens d'accéder au World Wide Web.
Marées et vagues
Le boom de l'énergie solaire et éolienne s'estompe progressivement, et d'autres énergies naturelles ont suscité l'intérêt des chercheurs. L'utilisation des flux et reflux est plus prometteuse. Déjà, une centaine d'entreprises à travers le monde sont aux prises avec ce problème, et plusieurs projets ont prouvé l'efficacité de cette méthode de minage.électricité. L'avantage par rapport à l'énergie solaire est que les pertes lors du transfert d'une énergie à une autre sont minimes: le raz de marée fait tourner une énorme turbine, qui génère de l'électricité.
Project Oyster est l'idée d'installer une vanne à charnière au fond de l'océan qui amènera l'eau jusqu'au rivage, faisant ainsi tourner une simple turbine hydroélectrique. Une seule installation de ce type pourrait fournir de l'électricité à un petit microdistrict.
Déjà, les raz de marée sont utilisés avec succès en Australie: dans la ville de Perth, des usines de dessalement fonctionnant sur ce type d'énergie ont été installées. Leur travail permet de fournir de l'eau douce à environ un demi-million de personnes. L'énergie naturelle et l'industrie peuvent également être combinées dans cette industrie de production d'énergie.
L'utilisation de l'énergie marémotrice est quelque peu différente des technologies que nous avons l'habitude de voir dans les centrales hydroélectriques fluviales. Souvent, les centrales hydroélectriques nuisent à l'environnement: les territoires adjacents sont inondés, l'écosystème est détruit, mais les centrales fonctionnant sur les raz de marée sont beaucoup plus sûres à cet égard.
Énergie humaine
L'un des projets les plus fantastiques de notre liste peut être appelé l'utilisation de l'énergie des personnes vivantes. Cela semble étonnant et même quelque peu terrifiant, mais tout n'est pas si effrayant. Les scientifiques chérissent l'idée de savoir comment utiliser l'énergie mécanique du mouvement. Ces projets concernent la microélectronique et les nanotechnologies à faible consommation d'énergie. Bien que cela ressemble à une utopie, il n'y a pas de véritables développements, mais l'idée est trèsintéressant et ne quitte pas l'esprit des scientifiques. D'accord, très pratiques seront les appareils qui, comme les montres à remontage automatique, seront chargés du fait que le capteur est glissé avec un doigt, ou du fait qu'une tablette ou un téléphone pend simplement dans un sac lors de la marche. Sans parler des vêtements qui, remplis de divers microdispositifs, pourraient convertir l'énergie du mouvement humain en électricité.
À Berkeley, dans le laboratoire de Lawrence, par exemple, des scientifiques ont tenté de concrétiser l'idée d'utiliser des virus pour convertir l'énergie de la pression en électricité. Il existe également de petits mécanismes alimentés par le mouvement, mais jusqu'à présent, cette technologie n'a pas été mise en service. Oui, la crise énergétique mondiale ne peut pas être traitée de cette manière: combien de personnes devront « colporter » pour faire fonctionner toute la centrale ? Mais comme l'une des mesures utilisées en combinaison, la théorie est tout à fait viable.
En particulier, ces technologies seront efficaces dans les endroits difficiles d'accès, dans les stations polaires, dans les montagnes et la taïga, parmi les voyageurs et les touristes qui n'ont pas toujours la possibilité de recharger leurs gadgets, mais rester en contact est important, surtout si le groupe se trouve dans une situation critique. Combien de choses pourraient être évitées si les gens disposaient toujours d'un appareil de communication fiable qui ne dépendait pas de la "prise".
Piles à combustible à hydrogène
Peut-être que chaque propriétaire de voiture, regardant l'indicateur de la quantité d'essence proche de zéro, avaitl'idée que ce serait formidable si la voiture fonctionnait à l'eau. Mais maintenant, ses atomes ont attiré l'attention des scientifiques en tant que véritables objets d'énergie. Le fait est que les particules d'hydrogène - le gaz le plus répandu dans l'univers - contiennent une énorme quantité d'énergie. De plus, le moteur brûle ce gaz sans pratiquement aucun sous-produit, ce qui signifie que nous obtenons un carburant très respectueux de l'environnement.
L'hydrogène est alimenté par certains modules et navettes de l'ISS, mais sur Terre, il existe principalement sous la forme de composés tels que l'eau. Dans les années quatre-vingt, en Russie, des avions utilisant l'hydrogène comme carburant ont été développés, ces technologies ont même été mises en pratique et des modèles expérimentaux ont prouvé leur efficacité. Lorsque l'hydrogène est séparé, il se déplace vers une pile à combustible spéciale, après quoi l'électricité peut être générée directement. Ce n'est pas l'énergie du futur, c'est déjà une réalité. Des voitures similaires sont déjà produites et en lots assez importants. Honda, afin de souligner la polyvalence de la source d'énergie et de la voiture dans son ensemble, a mené une expérience à la suite de laquelle la voiture a été connectée au réseau électrique domestique, mais pas pour être rechargée. Une voiture peut alimenter une maison privée pendant plusieurs jours ou parcourir près de cinq cents kilomètres sans faire le plein.
Le seul inconvénient d'une telle source d'énergie pour le moment est le coût relativement élevé de ces voitures respectueuses de l'environnement et, bien sûr, un nombre assez restreint de stations d'hydrogène, mais de nombreux pays envisagent déjà de les construire. Par exemple, dansL'Allemagne prévoit déjà d'installer 100 stations-service d'ici 2017.
Chaleur de la terre
Transformer l'énergie thermique en électricité est l'essence même de l'énergie géothermique. Dans certains pays où il est difficile d'utiliser d'autres industries, il est assez largement utilisé. Par exemple, aux Philippines, 27 % de toute l'électricité provient de centrales géothermiques, tandis qu'en Islande, ce chiffre est d'environ 30 %. L'essence de cette méthode de production d'énergie est assez simple, le mécanisme est similaire à une simple machine à vapeur. Avant le prétendu "lac" de magma, il est nécessaire de forer un puits par lequel l'eau est fournie. Au contact du magma chaud, l'eau se transforme instantanément en vapeur. Il monte là où il fait tourner une turbine mécanique, générant ainsi de l'électricité.
L'avenir de l'énergie géothermique est de trouver de grands "magasins" de magma. Par exemple, dans l'Islande susmentionnée, ils ont réussi: en une fraction de seconde, le magma chaud a transformé toute l'eau pompée en vapeur à une température d'environ 450 degrés Celsius, ce qui est un record absolu. Une telle vapeur à haute pression peut multiplier par plusieurs l'efficacité d'une centrale géothermique, elle peut donner une impulsion au développement de l'énergie géothermique dans le monde, en particulier dans les zones saturées de volcans et de sources thermales.
Utilisation des déchets nucléaires
L'énergie nucléaire, à un moment donné, a fait sensation. C'était ainsi jusqu'à ce que les gens réalisent le danger de cette industrieénergie. Des accidents sont possibles, personne n'est à l'abri de tels cas, mais ils sont très rares, mais des déchets radioactifs apparaissent régulièrement et jusqu'à récemment, les scientifiques ne pouvaient pas résoudre ce problème. Le fait est que les barres d'uranium - le «combustible» traditionnel des centrales nucléaires, ne peuvent être utilisées qu'à 5%. Après avoir travaillé cette petite partie, la tige entière est envoyée à la "décharge".
Auparavant, une technologie était utilisée dans laquelle les tiges étaient immergées dans l'eau, ce qui ralentit les neutrons et maintient une réaction constante. Maintenant, le sodium liquide a été utilisé à la place de l'eau. Ce remplacement permet non seulement d'utiliser tout le volume d'uranium, mais aussi de traiter des dizaines de milliers de tonnes de déchets radioactifs.
Il est important de débarrasser la planète des déchets nucléaires, mais il y a un "mais" dans la technologie elle-même. L'uranium est une ressource et ses réserves sur Terre sont limitées. Si la planète entière passe exclusivement à l'énergie reçue des centrales nucléaires (par exemple, aux États-Unis, les centrales nucléaires ne produisent que 20% de toute l'électricité consommée), les réserves d'uranium s'épuiseront assez rapidement, ce qui conduira à nouveau l'humanité au seuil d'une crise énergétique, donc l'énergie nucléaire, bien que modernisée, n'est qu'une mesure temporaire.
Combustible végétal
Même Henry Ford, ayant créé son "Modèle T", s'attendait à ce qu'il fonctionne déjà aux biocarburants. Cependant, à cette époque, de nouveaux gisements de pétrole ont été découverts et le besoin de sources d'énergie alternatives a disparu pendant plusieurs décennies, mais maintenantde retour.
Au cours des quinze dernières années, l'utilisation de carburants végétaux tels que l'éthanol et le biodiesel a été multipliée par plusieurs. Ils sont utilisés comme sources d'énergie indépendantes et comme additifs à l'essence. Il y a quelque temps, les espoirs reposaient sur une culture spéciale du mil, appelée "canola". Il est totalement inadapté à l'alimentation humaine ou animale, mais il a une forte teneur en huile. À partir de cette huile, ils ont commencé à produire du "biodiesel". Mais cette culture prendra trop de place si vous essayez d'en faire pousser suffisamment pour alimenter au moins une partie de la planète.
Maintenant, les scientifiques parlent de l'utilisation des algues. Leur teneur en huile est d'environ 50 %, ce qui facilitera tout autant l'extraction de l'huile, et les déchets pourront être transformés en engrais, sur la base desquels de nouvelles algues seront cultivées. L'idée est jugée intéressante, mais sa viabilité n'a pas encore été prouvée: la publication d'expériences réussies dans ce domaine n'a pas encore été publiée.
Fusion
L'énergie future du monde, selon les scientifiques modernes, est impossible sans les technologies de fusion thermonucléaire. C'est actuellement le développement le plus prometteur dans lequel des milliards de dollars sont déjà investis.
Les centrales nucléaires utilisent l'énergie de fission. C'est dangereux parce qu'il y a une menace de réaction incontrôlée qui détruira le réacteur et conduira à la libération d'une énorme quantité de substances radioactives: peut-être que tout le monde se souvient de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl.
Dans les réactions de fusion quiComme son nom l'indique, l'énergie libérée lors de la fusion des atomes est utilisée. Ainsi, contrairement à la fission atomique, aucun déchet radioactif n'est produit.
Le principal problème est qu'à la suite de la fusion, une substance se forme à une température si élevée qu'elle peut détruire tout le réacteur.
Cette énergie du futur est une réalité. Et les fantasmes sont déplacés ici, à l'heure actuelle la construction du réacteur a déjà commencé en France. Plusieurs milliards de dollars ont été investis dans un projet pilote financé par de nombreux pays, qui, outre l'UE, comprennent la Chine et le Japon, les États-Unis, la Russie et d'autres. Initialement, les premières expérimentations devaient être lancées dès 2016, mais les calculs ont montré que le budget était trop faible (au lieu de 5 milliards, il en a fallu 19), et le lancement a été reporté de 9 ans supplémentaires. Peut-être verrons-nous dans quelques années de quoi l'énergie de fusion est capable.
Défis du présent et opportunités pour l'avenir
Non seulement les scientifiques, mais aussi les écrivains de science-fiction donnent beaucoup d'idées pour la mise en œuvre des technologies futures dans le domaine de l'énergie, mais tout le monde s'accorde à dire qu'à ce jour, aucune des options proposées ne peut répondre pleinement à tous les besoins de notre civilisation. Par exemple, si toutes les voitures aux États-Unis roulaient aux biocarburants, les champs de canola devraient couvrir une superficie égale à la moitié du pays tout entier, indépendamment du fait qu'il n'y a pas autant de terres propices à l'agriculture aux États-Unis. De plus, jusqu'à présent, toutes les méthodes de productionénergie alternative - routes. Peut-être que tous les citadins ordinaires conviennent qu'il est important d'utiliser des ressources renouvelables respectueuses de l'environnement, mais pas quand on leur dit le coût d'une telle transition pour le moment. Les scientifiques ont encore beaucoup de travail à faire dans ce domaine. De nouvelles découvertes, de nouveaux matériaux, de nouvelles idées - tout cela aidera l'humanité à faire face avec succès à la crise imminente des ressources. Le problème énergétique de la planète ne peut être résolu que par des mesures globales. Dans certaines régions, il est plus pratique d'utiliser la production d'énergie éolienne, quelque part - des panneaux solaires, etc. Mais peut-être que le facteur principal sera la réduction de la consommation d'énergie en général et la création de technologies économes en énergie. Chacun doit comprendre qu'il est responsable de la planète, et chacun doit se poser la question: « Quel type d'énergie est-ce que je choisis pour l'avenir ? Avant de passer à d'autres ressources, chacun doit réaliser que c'est vraiment nécessaire. Seule une approche intégrée permettra de résoudre le problème de la consommation d'énergie.
