Залізна людина з всесвіту Marvel має власний дуговий реактор, людство з "Аватара" використовує анобтаній, а в "Стартреку" кораблі працюють на ділітієвих кристах. Звичайно всі ці джерела енергії вражають, проте вони лише вигадка кінематографістів. А як на рахунок реальності?
За попередніми оцінками у нас є приблизно двісті років до того як вичерпаються запаси всіх видів горючих корисних копалин. Але час не єдина проблема. Традиційні види енергетики, що в основному базуються на спалюванні, завдають неймовірної шкоди нашій планеті та суттєво погіршують якість нашого життя. Ці причини і є основною рушійною силою для пошуку та використання нових поновлювальних джерел енергії, які до речі мають фактично невичерпний ресурс. Розгляньмо, на що ж нам можна розраховувати в майбутньому.
Енергія сонця
Серед всіх поновлювальних джерел саме на сонячну енергію людство покладає найбільші надії. Перші робочі технології з'явилися приблизно пів сторіччя тому. А на сьогодні ми вже навчилися їх доволі ефективно використовувати.
photo: Solar City
Найбільший практичний внесок в цю галузь привнесла компанія SolarCity, яка минулого року злилася з компанією Tesla. Ілон Маск, який стоїть на чолі компанії має доволі чітке та економічно обґрунтоване бачення того, як використовувати сонячну енергетику. Він пропонує збирати енергію за допомогою панелей, встановлених на дахах будинків, або ж вмонтованих у самі дахи та накопичувати її в літієво-іонних акумуляторах. До речі ті самі акумулятори використовуються в електрокарах Tesla, які в майбутньому стануть частиною об'єднаної енергомережі. Така система зможе не лише цілодобово забезпечувати будинок електроенергією, а й дасть змогу заробляти на надлишковій енергії продаючи її в міську мережу.
Крім персональних рішень компанія займається великими корпоративними проектами. Одним з таких проектів став острів Кауаї з населенням 58 тисяч чоловік, що є частиною Гавайських островів в Тихому Океані. Там Tesla побудувала сонячну ферму з сонячними панелями потужністю 13 мегават та батареями в 52 мегават. Завдяки цьому жителі острова мають можливість користуватися енергією незалежно від часу доби та скоротити споживання викопного палива на 1,6 мільйона галонів на рік. А от компанія Altaeros пропонує своє вирішення проблеми непостійності вітру - летючий вітряк. Він буде підніматися спеціальним дирижаблем на висоту 300-600 метрів над землею, а турбіна закріплена в ньому зможе виробляти вдвічі більше енергії ніж стаціонарна установка такого ж розміру. На даний момент компанія вже зуміла протестувати вітряк потужністю 30 кіловатів зі спеціальною автономною системою, яка налаштовуватиметься на потрібну висоту та згортатиметься в разі надзвичайних ситуацій.
Таких проектів стає все більше, ефективність сонячних панелей збільшується, а їхня ціна падає. Проте, деякі вчені вважають, що можна використовувати сонячну енергію ще ефективніше. Оскільки земна атмосфера поглинає 55-60 відсотків сонячного випромінювання, для більшої ефективності сонячні станції мають бути розміщені в космосі. Завдяки дзеркалам на супутниках енергія буде концентруватися на спеціальних колекторах, або на сонячних панелях. Після чого передаватиметься на землю за допомогою мікрохвильових, або лазерних пучків. На початку 2015 року в Агентстві аерокосмічних досліджень Японії заявили, що змогли конвертувати 1,8 кіловата електроенергії у мікрохвилі та передати їх на довжину 50 метрів. Таким чином вони підтвердили можливість проекту.
Енергія вітру
Вже на сьогодні з вітру людство отримує близько трьох відсотків від глобальної потреби електроенергії. Потужність та якість турбін для вітряків зростає щорічно і вже до 2020 року кількість вітрової енергетики зросте вчетверо.
Та вітер має одну неприємну особливість - він дме з різною силою, інколи занадто повільно щоб крутити турбіну, а інколи навпаки занадто сильно і тоді турбіну зупиняють щоб не пошкодити установку. В такі моменти подача електроенергії зазвичай припиняється. Проте знову на допомогу приходить Tesla. Як і у випадку з сонячною енергетикою, компанія пропонує за допомогою батарей зробити роботу вітрових станцій безперебійною. До кінця цього року, перший такий проект запрацює в Південній Австралії неподалік міста Джеймстаун і одночасно стане найбільшою резервною станцією у світі. Потужність батарей становитиме 100 мегаватів та зможе забезпечити електроенергією більш ніж 30 тисяч домогосподарств у піковий час, та в разі зупинення вітрової станції Hornsdale.
А от компанія Altaeros пропонує своє вирішення проблеми непостійності вітру - летючий вітряк. Він буде підніматися спеціальним дирижаблем на висоту 300-600 метрів над землею, а турбіна закріплена в ньому зможе виробляти вдвічі більше енергії ніж стаціонарна установка такого ж розміру. На даний момент компанія вже зуміла протестувати вітряк потужністю 30 кіловатів зі спеціальною автономною системою, яка налаштовуватиметься на потрібну висоту та згортатиметься в разі надзвичайних ситуацій.
фото: Depositphotos
Енергія води
Енергію води ми використовуємо ще з початку 19-го сторіччя, саме тоді були збудовані перші гідроелектростанції, які працюють завдяки рікам. В наш час вони є надійними джерелами відновлювальної енергетики та сумарно виробляють більш ніж 15 відсотків від всієї світової електроенергії.
Але як на рахунок океанів в яких зосереджена основна маса енергії - за попередніми оцінками річний потенціал лише берегової лінії США становить 252 мільярди кіловатів.
Саме в цьому напрямку працює шотландська компанія Aquamarine Power. Там створили електрогенератор морських хвиль - Oyster. Він встановлюється неподалік від берега на глибині 10-16 метрів. Плаский поплавок закріплюється на дні на потужних шарнірах, хвилі його розгойдують та завдяки насосам качають воду на берег, яка приводить в рух стандартну гідроелектричну турбіну. Одна така установка має потужність 800 кіловатів.
Геотермальна енергія
Спосіб перетворення теплової енергії земних надр використовується для потреб мільйонів людей в різних куточках планети. Наприклад, в Ісландії та Філіппінах її доля складає третину від всієї виробленої електроенергії.
Нещодавно в Ісландії почали розробляти нову перспективну технологію глибокого буріння. Такі свердловини матимуть глибину п'ять кілометрів або більше і сягатимуть аж до лави. Завдяки цьому закачана туди вода досягатиме температури від 400 до 1000 градусів за Цельсієм та перетвориться на флюїд - це стан речовини коли зникає відмінність між її рідкою та газоподібною формою. Планується, що така свердловина зможе видавати потужність 50 мегаватів, а це в десять разів більше ніж стандартна геотермальна свердловина.
Енергія водню
Водень - це прозорий газ без запаху, який є найпоширенішим хімічним елементом у всесвіті. На землі він присутній лише в зв'язаній парі з киснем, вуглецем та азотом. Тому для використання його потрібно попередньо відділити від інших елементів. При хімічній реакції, коли з'єднується водень та кисень виділяється значна кількість енергії, майже у два рази більше, ніж при спалюванні бензину. А в результаті цієї реакції утворюється звичайна чиста вода.
Саме завдяки цій реакції працюють паливні елементи принцип роботи яких такий самий, як у звичайних акумуляторах. Водневі паливні елементи встановлюються на автомобілі та використовують як джерело живлення для будинків.
На сьогодні видобуток водню є доволі дорогим в порівнянні з іншими видами палива, наприклад в півтора раза дорожчий відносно бензину. Але оскільки енергією водню зацікавлені такі великі автовиробники як Toyota, Honda та Hyundai, ми можемо сподіватися на здешевлення вартості та розповсюдження технології в найближчому майбутньому.
Біопаливо
Коли ми говоримо про біопаливо одразу на думку спадають неосяжні жовті поля ріпаку з якого в основному зараз виробляють біопаливо. Хоча таке паливо дуже популярне в європейських країнах - воно надзвичайно неефективне, оскільки використовує ті самі земельні території, на яких можна вирощувати їжу. До того ж такі "біокультури" як ріпак дуже сильно виснажують землю, що стає окремою проблемою.
Але що коли використовувати за основу водорості? Саме цим питанням задалася американська компанія Algae Systems та побудувала перший у світі завод з перероблювання водоростей у біопаливо.
На відміну від інших біокультур, щоб виростити водорості потрібна лише вода, сонце та вуглекислий газ, яким сильно забруднена наша планета. Далі водорості збирають та відділяють їх від води, яка стає настільки чистою що її можна вживати для пиття. З концентрованої маси виробляють високооктанове пальне або дизель - зовсім як зі звичайної нафти, а залишки можуть використовуватися як добрива.
Енергія термоядерного синтезу
Вчені та економісти вважають що людству потрібен надійне та потужне джерело енергії. Ставка робиться на енергію атомних ядер, які складаються з протонів та нейтронів. Зв'язок між ними дуже сильний і коли він порушується виділяється величезна кількість енергії.
На відміну від процесу ділення ядер, який використовується в сучасній атомній енергетиці та є доволі небезпечним через складну зупинку ланцюгової реакції розпаду важких елементів і надзвичайну шкідливість відходів. Процес термоядерного синтезу, який означає злиття ядер легких елементів, дуже просто зупинити, а відходи реакції відносно безпечні.
Для кращого розуміння процесу, реакція термоядерного синтезу - це саме те що відбувається на Сонці та дозволяє йому так яскраво світити. Така реакція може відбуватися за умов екстремальних температур, 150 мільйонів градусів за Цельсієм, за якої гази перетворюються в плазму - це четверта стадія в якій може перебувати матерія після твердого, рідкого та газоподібного стану. В плазмі протони та нейтрони сходять зі своїх орбіт та починають хаотично рухатися з неймовірною швидкістю. Створюється грандіозний тиск і ці частинки утворюють нові елементи, при цьому виділяється дуже багато енергії.
Проте все це в теорії, а щоб перевірити її на практиці зараз працюють декілька експериментальних реакторів: ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) на півдні Франції, Wendelstein 7-X в Німеччині та ряд інших. Якщо вдасться подолати всі труднощі та втілити цю технологію в життя людство отримає супердешеву енергію в практично необмеженій кількості.
