Приобрели новый автомобиль? Довольны? А вы думали о том, что потенциальный срок службы вашего автомобиля может превышать срок полной выработки нефтяных месторождений и, возможно, через какой-то промежуток времени ваш железный конь превратится в ваш железный металлолом?
Вступление

Так что же такое энергия, о которой всюду говорят различные средства массовой информации? Ответ простой - энергия это все! Вы сейчас читаете seti.ee на компьютере, а ведь это влечет за собой расход энергии, вы едете в метро, автобусе или в автомобиле, и это также расход топлива. Так что сегодня мы будем говорить с вами о самых важных и насущных вещах, в которых, к сожалению, кроются большие проблемы…


Солнечная энергия

Солнечная энергия для нас всегда на протяжении прошлых лет была главным источником энергии, да и сейчас этот источник не сдает свои позиции. За счет энергии солнца, на протяжении многих лет, еще в доисторические времена, человечество успешно развивалось и прогрессировало. За счет солнца человек и планета не только получали тепло и свет. Ведь благодаря неравномерному нагреву нашей планеты образуются ветра и ураганы, течения и приливы. Солнце испаряет воду, образуются тучи, и гремит гром. Вероятно, и первый огонь человек получил из-за попадания молнии в дерево, так что солнце было первым для нас источником, с помощью которого мы и дошли до нынешнего положения вещей. Собственно и сейчас солнце остается одним из главных источников, поскольку его влияние оказывает на работу множества гидроэлектростанций, ветряных электростанций и солнечных батарей. Все то, что мы видим сейчас, произошло после того, как первые люди подобрали огонь от горящего дерева и принесли его себе в жилище. И все бы ничего, но вот только добыв эту энергию, человечество стало быстро развиваться и население на планете стало увеличиваться. Необходимы были новые источники энергии.
Каменный уголь

Вскоре, после того, как леса стали исчезать поблизости от поселений, а развитие технологий требовало все новых ресурсов, человечество открыло для себя каменный уголь. Каменный уголь по своей сути эта та же бывшая древесина, но произраставшая еще в очень далекие времена. Большое ее количество уже окаменело и находится под землей. Каменный уголь начали жечь еще в средние века и продолжают добывать до наших времен. Особенно эта отрасль нашла свое удачное применение в Англии, когда там встала проблема с нехваткой леса. Месторождения угля на севере Англии в свое время как раз и позволили ей сохранить свой потенциал и продолжить существование нации. Открытие месторождений каменного угля по всему миру стало ключевым фактором для сохранения лесов, которые нам сейчас так оказались необходимы для производства различной продукции, а также для "сжигания" двуокиси углерода и пополнение атмосферы кислородом. Каменный уголь произвел промышленную революцию в мире, и именно благодаря ему мы обязаны появлению первых фабрик, заводов и различных паровых машин.
Газ

В 18 веке, а именно в 1766 году английский химик Генри Кавендиш был первым, кто получил газ водород и изучил его. Этот газ был замечателен тем, что при горении выделял большое количество тепла, чем уголь. Кстати, интересным было и то, что этот газ можно было получать непосредственно из угля. При нагревании угля без доступа воздуха, выделяется, так называемый, угольный газ, часть которого состоит как раз из водорода. Уже в начале 19 века газом стали освещать улицы Лондона. Сейчас существуют довольно крупные компании-магнаты, которые занимаются добычей природного газа, среди них такие известные как Газпром, Gaz de France, ENI и другие.
Черное золото

Трудно установить, когда люди впервые нашли нефть, но вот ее коммерческое применение, которое мы видим сейчас, берет начало с середины 19 века. Именно после середины 19 века началось стремительное бурение различных скважин по всему миру и родилось такое понятие, как нефтяная промышленность. В 1859 году Эдвин Дрейк впервые пробурил первую скважину, и случилось это в штате Пенсильвания, в США. Из нефти стали производить бензин и керосин, что и дало толчок к появлению автомобильной промышленности. Уже в начале 20 века производство и потребление нефти стало превышать потребление угля, а в наше время нефть это лидирующая составляющая всего энергетического комплекса. Нефть, на сегодняшний день, это самое удобное топливо, которое когда-либо производилось за всю историю человечества. Она легко добывается, перерабатывается и легко транспортируется. Все, конечно, выглядит прекрасно, если бы не одно но! Она стремительно заканчивается…
Ядерная энергия

Бурное развитие науки, в частности физики, в начале 20 века привело к появлению такого понятия, как ядерная энергия. Если учесть, что все предыдущие виды энергии были найдены обычными людьми и исследователями, то здесь за дело взялись ученые-физики. В это время ученые поняли, что в ядре заключено большое количество энергии и необходимо был только найти способ для ее высвобождения. В 1932 году была открыта новая элементарная частица нейтрон, и она была замечательна тем, что не имела электрического заряда. Нейтральность этой частицы была как раз тем шагом, который позволил ученым произвести бомбардировку ядра урана нейтронами. Атом урана был тем замечателен, что при его расщеплении выделялось еще 2-3 нейтрона, которые в свою очередь также ударяли другие атомы урана - в этом и заключался принцип цепной реакции. Уже в 50-е годы прошлого века ученые нашли способ управлять процессом расщепления урана, и были построены первые атомные электростанции. Наступила новая эра энергетики. Энергия мирового запаса урана сейчас превышает в десятки раз все существующие запасы энергии, рассмотренные ранее.
Проблемы в энергетике

Все, казалось бы, хорошо, существуют достаточно разнообразные источники энергии, среди которых есть большой выбор, а у некоторых и большой запас ресурсов, как скажем у энергии солнца, но не все так просто, есть и большие проблемы, о которых я и хочу вам поведать.
Нехватка ресурсов

Ситуация сейчас сложилась такая, что некоторые виды энергии начинают исчерпывать свой ресурс. В начале становления человечества и технологий люди потребляли энергию и не особо заботились о том, что будет далее. В настоящее время уже достаточно оскудели запасы угля и нефти, и хотя многими аналитиками приводятся цифры о том, что, дескать, существуют в недрах земли еще большие запасы, но дело в том, что с этими запасами крайне трудно работать и добывать их. Стоит сказать о том, что дополнительная добыча нефти, из уже отработанных скважин, будет требовать более сложных технологических решений. А добыча угля из глубоких шахт будет вызывать крайнее неудобство при его транспортировке. Все это скажется на уменьшении объемов добычи энергетического ресурса и на увеличении его стоимости. С каждым годом растет цена за баррель (160 литров) нефти, и в итоге мы можем прийти к тому, а я не исключаю, что это может произойти лет через 20-30, что цена на бензин будет многим просто недоступна. И вполне возможно, что вами только что купленный автомобиль может просто не дослужить свой срок, а будет стоять в гараже, а то и где-нибудь на свалке, как выкинутый за ненадобностью. Сейчас в мире проживает 6 миллиардов человек, а уже лет через 40-50, при существующих темпах, население земли возрастет вдвое, до 12 миллиардов, а это означает, что и потребление ресурсов вырастет также.
В парнике под колпаком

И все же, если мы решим проблему, связанную с добычей нефти и угля, то мы не решим оставшиеся проблемы. Я уже упомянул о том, что население земного шара растет с каждым днем огромными темпами, строится все больше заводов, фабрик, появляется больше автомобилей. Нефть и уголь - это ископаемые виды топлива, которые находятся глубоко под землей. За то время, которое пролежали там эти ресурсы, они стали представлять собой огромное количество тонн углерода. И сжигая этот углерод на заводах и в своих автомобилях, мы высвобождаем в атмосферу земли огромное количество двуокиси углерода. И это не только мешает нам дышать и влияет на наше с вами здоровье, проблема куда серьезней. Можно конечно сказать о том, что леса и растения поглощают двуокись углерода и производят жизненно необходимый нам кислород, но ведь и леса сокращались большими темпами еще в давние времена, да и сейчас этот процесс идет полным ходом. Еще в 1900 году содержание двуокиси углерода в атмосфере составляло 0,029%, а сейчас оно составляет 0,038%, т.е. мы наблюдаем, явное увеличение концентрации, причем растет оно в геометрической прогрессии. И это, как я уже сказал результат не только увеличения заводов, но и сокращения лесного массива.

Так чем же опасна для нас двуокись углерода? Это вещество, находящееся в верхних слоях атмосферы обладает свойством пропускать солнечный свет на землю, но затем, когда земля начинает отдавать свое тепло в виде инфракрасного излучения, этот колпак из двуокиси не выпускает полностью накопленное тепло и оно возвращается обратно к земле. Именно по такому же принципу действует и обычный парник, который, возможно, стоит на вашей даче. Кстати, возможно результаты многих последних катаклизмов в виде наводнений и засухи как раз связаны с парниковой проблемой. Но и это еще не все, при дальнейшем потеплении климата земли может произойти необратимый процесс. С увеличением средней температуры мирового океана может произойти усиление высвобождения из воды двуокиси углерода, что в свою очередь опять-таки повысит температуру земли, следовательно, океан будет выделять еще больше двуокиси, и будет развиваться уже вот такой неуправляемый парниковый эффект. Так что в наше время стоит не только проблема истощения ресурсов, но и проблема чрезмерного их использования. Получается своеобразный замкнутый круг, вроде мы только что говорили о нехватке углеродистых ресурсов, а с другой стороны получается и положительный своеобразный эффект, оттого, что так происходит. Возможно, природа нас самих останавливает от усиления этого эффекта, кто знает?
Что делать?

Истинно русский вопрос. Постараюсь сформулировать на него не истинно русский ответ. В общем-то, понятно, что необходимо искать альтернативу углеродистым источникам, поскольку они исчерпывают себя, да и как мы выяснили, еще и небезопасны. Кстати, на данный момент 90% всей потребляемой энергии составляет энергия угля, газа, нефти и ядерной энергии. Именно поэтому и стоит задуматься над этим вопросом. По сути дела есть 2 пути, которые необходимо развивать одновременно.

Первый путь - это совершенствовать технологии, существующие на данный момент, по добыче и очистке углеродистых источников. Многие скважины по добыче нефти из-за существующих сейчас технологий не полностью "осушают" скважины, и если применить усовершенствованную технологию по выкачиванию нефти, то из всех скважин можно получить еще большое количество ресурсов. То же самое обстоит и с углем. Более того, во многом вырабатываемая энергия используется не рационально и ее КПД низок. Во многих технологических машинах он составляет всего 30-40%, а то и меньше, вся остальная энергия теряется как тепло.

Второй путь - искать альтернативные источники энергии. Вот здесь мы остановимся подробнее.
Альтернатива

По этому пути необходимо идти уже сейчас, одновременно с первым. Собственно уже многие институты и компании занимаются этой проблемой. На данный момент уже существуют некоторые варианты, может не все из них и идеальные, но все же, как говорится, лучше, чем ничего. Выбираем из того, что есть.

Про солнечную энергию я уже упоминал. Ее можно и нужно использовать там, где это возможно. Ведь солнце - это очень долговечный источник энергии, который мы можем использовать. Все виды, основанные на энергии солнца - возобновляемые, и это основной их плюс. Однако эту энергию мы можем использовать не везде. Существуют, конечно, автомобили на солнечных батареях, но ведь понятно, что такой вид транспорта будет зависеть от погоды, да и батареи на крыше авто красивого дизайна не прибавят. Много гидроэлектростанций также не построишь, а эффект от энергии ветра не такой высокий, который нам нужен. Поэтому ищем далее… Существует такая горная порода, как сланец. И эта порода содержит в себе вещество под названием "кероген". Когда мы нагреваем эту породу, молекулы керогена расщепляются, и в результате мы получаем вещество похожее на нефть. Причем сланец - это довольно распространенная порода в земной коре. По подсчетам ученых из нее на выходе можно получить нефть, которая будет превышать в 1000 раз, а то и более, все содержащиеся под землей нефтяные месторождения. Но не думайте, что это идеальный вариант, поскольку он не спасает нас от загрязнения, да и добыча сланца - это большие расходы и, соответственно, нефть, получаемая из него, будет отличаться высокой стоимостью. На западе, да и у нас в России уже появляются электростанции, работающие на бытовых отходах. В наше время существуют даже электростанции, работающие на курином помете, т.е. сжигающие его. Такие электростанции очень важны с точки зрения экологии и утилизации отходов, но они вырабатывают крайне мало энергии, и поэтому это не выход из положения, а всего лишь смягчающее обстоятельство. Совсем недавно американские ученые создали приспособление для выработки электроэнергии из нечистот. В этом топливном элементе происходит процесс переработки отходов при помощи бактерий, в результате чего вырабатываются электроны, которые затем используются для выработки электроэнергии. Такой источник конечно хорош, но для того чтобы его энергией обеспечить земной шар, нечистот не хватит J, поэтому такие элементы не найдут широкого применения.

Одно из самых перспективных направлений - это топливные батареи на водороде. Топливная батарея, или топливный элемент, представляет собой устройство, в котором происходит химическая реакция водорода и кислорода, в результате которой и вырабатывается электричество. Это очень экологически чистый вид топлива. Побочным продуктом реакции здесь является вода. Уже сейчас готовы прототипы различных КПК и сотовых телефонов, работающих на таких топливных батареях. В недалеком будущем все миникомпьютеры, плееры, сотовые телефоны и т.д. будут переведены на этот источник энергии. Топливные батареи обеспечивают больший срок службы и вырабатывают больше энергии. Уже эксперты говорят о том, что сотовые телефоны смогут работать на топливных батареях более месяца без перезарядки. Компания NEC планирует начать коммерческий выпуск топливных батарей для маленьких устройств уже в 2005 году. Также с подобными топливными элементами связывают и будущее автомобилестроение. Такие автомобили существуют уже и сейчас, но их серийный выпуск сдерживается малым количеством заправочных станций. Также следует учесть и то, что стоимость этих элементов пока велика. Такие топливные батареи, конечно же, получат широкое применение в будущем, но до его наступления пройдет еще некоторое количество времени.

Все вышеперечисленные виды энергии достаточно перспективны и имеют право на существование, но у них есть один существенный минус. Они вырабатывают незначительное количество энергии и не могут полностью обеспечить население планеты в потребностях. Среди новых, обильных источников энергии пока мы видим только один путь, который уже начал осуществляться - это энергия водородного синтеза. Именно за счет энергии термоядерного синтеза живут видимые нами звезды. Еще во второй половине 20 века физики пытались осуществить в своих лабораториях водородный синтез, но им это не удавалось, поскольку для проведения реакции требовалось удерживать водород на месте при высоких температурах в миллионы градусов. Кстати, в звездах этот водород удерживался благодаря их мощной гравитации. Собственно и водородная бомба была создана как выход из положения - водород в ней нагревался слишком мгновенно при помощи ядерного взрыва и не успевал расширяться. Энергия водорода несоизмеримо велика, пожалуй, даже нет во вселенной источника более обильного. Однако благодаря техническому прогрессу и исследованиям, в последнее время стало возможным строительство реакторов на основе термоядерного синтеза. В качестве топлива в таких реакторах как раз и используются изотопы водорода Водород-2 и Водород-3. Только один килограмм этих изотопов может выделить энергии, сколько 10 млн. килограмм обычного органического топлива, так что делайте выводы.
Заключение

В мире сейчас идет постоянная борьба за обладание энергетическими ресурсами. Ведь, по сути, энергия - это главное достояние и перспектива в будущее. США в настоящее время уже не может обеспечивать себя своей нефтью, поэтому стране приходится импортировать все больше нефти для поддержания своих нужд. Во многом, поэтому в мире происходят войны и конфликты. Большинство населения нашей планеты не имеет доступа к этим источникам, и многие страны, в частности африканские, находятся за чертой бедности. Россия в настоящий момент является крупнейшим экспортером энергоресурсов, но не за горами тот момент, когда они будут исчерпаны и уже тогда понадобятся альтернативные источники энергии. Во многом развитию новых альтернативных источников мешает крупный бизнес. Компаниям-гигантам, владельцам ресурсов, становится выгодным тормозить развитие этого направления, поскольку его раннее применение будет означать конец их бизнесу. Самая главная проблема сейчас даже состоит не в том, найдем ли мы новые ресурсы и научимся ли управлять ими, вопрос стоит другой - успеем ли мы это сделать.



Автор: Александр Наумов