Není žádným tajemstvím, že zdroje, které dnes lidstvo využívá, jsou vyčerpatelné, navíc jejich další těžba a využití může vést nejen k energetické, ale i ekologické katastrofě. Zdroje tradičně využívané lidstvem – uhlí, plyn a ropa – dojdou během několika desetiletí a opatření je třeba přijmout nyní, v naší době. Můžeme samozřejmě doufat, že zase najdeme nějaké bohaté ložisko, stejně jako tomu bylo v první polovině minulého století, ale vědci si jsou jisti, že tak velká ložiska už neexistují. Ale každopádně i objev nových ložisek jen oddálí nevyhnutelné, je třeba hledat způsoby, jak vyrábět alternativní energii a přejít na obnovitelné zdroje, jako je vítr, slunce, geotermální energie, energie proudění vody a další, a spolu s proto je nutné pokračovat ve vývoji technologií pro úsporu energie.
V tomto článku se budeme zabývat některými z nejslibnějších, podle názoru moderních vědců, nápadů, na nichž bude postavena energie budoucnosti.
Solární stanice
Lidé dlouho přemýšleli, zda je možné využívat energiislunce na zemi. Voda byla ohřívána pod sluncem, oblečení a keramika byly před odesláním do pece vysušeny, ale tyto metody nelze nazvat účinnými. První technické prostředky, které přeměňují sluneční energii, se objevily v 18. století. Francouzský vědec J. Buffon ukázal experiment, při kterém se mu podařilo za jasného počasí ze vzdálenosti asi 70 metrů zapálit suchý strom pomocí velkého konkávního zrcadla. Jeho krajan, slavný vědec A. Lavoisier, použil čočky ke koncentraci sluneční energie a v Anglii vytvořili bikonvexní sklo, které fokusací slunečních paprsků roztavilo litinu za pár minut.
Přírodní vědci provedli mnoho experimentů, které prokázaly, že využití sluneční energie na Zemi je možné. Solární baterie, která by přeměňovala sluneční energii na mechanickou, se však objevila relativně nedávno, v roce 1953. Vytvořili ho vědci z americké Národní agentury pro letectví a kosmonautiku. Již v roce 1959 byla solární baterie poprvé použita k vybavení vesmírné družice.
Možná už tehdy, když si vědci uvědomili, že takové baterie jsou ve vesmíru mnohem účinnější, přišli s nápadem vytvořit vesmírné solární stanice, protože za hodinu slunce vygeneruje tolik energie jako celé lidstvo nespotřebuje za rok, tak proč nevyužít This? Jaká bude solární energie budoucnosti?
Na jednu stranu se zdá, že využití solární energie je ideální možností. Náklady na obrovskou vesmírnou solární stanici jsou však velmi vysoké a kromě toho bude její provoz nákladný. TakV době, kdy budou zavedeny nové technologie pro dopravu zboží do vesmíru a také nové materiály, bude realizace takového projektu možná, ale zatím můžeme na povrchu planety používat pouze relativně malé baterie. Mnozí řeknou, že to je také dobře. Ano, je to možné v podmínkách soukromého domu, ale pro zásobování energií velkých měst je proto potřeba buď hodně solárních panelů, nebo technologie, která je zefektivní.
Je zde přítomna i ekonomická stránka problému: jakýkoli rozpočet značně utrpí, pokud bude pověřen úkolem přeměnit celé město (nebo celou zemi) na solární panely. Zdálo by se, že je možné zavázat obyvatele měst, aby zaplatili nějaké částky za dovybavení, ale v tomto případě budou nešťastní, protože kdyby byli lidé připraveni takové výdaje vynaložit, dávno by to udělali sami: každý má možnost koupit si solární baterii.
S ohledem na solární energii existuje další paradox: výrobní náklady. Přímá přeměna sluneční energie na elektřinu není nejefektivnější. Dosud nebyl nalezen lepší způsob, než využít sluneční paprsky k ohřevu vody, která se promění v páru a roztáčí dynamo. V tomto případě jsou energetické ztráty minimální. Lidstvo chce používat "zelené" solární panely a solární stanice k zachování zdrojů na Zemi, ale takový projekt by vyžadoval obrovské množství stejných zdrojů a "nezelené" energie. Například ve Francii byla nedávno postavena solární elektrárna o rozloze asi dvou kilometrů čtverečních. Náklady na stavbu byly asi 110 milionů eur bez provozních nákladů. Při tom všem je třeba mít na paměti, že životnost takových mechanismů je asi 25 let.
Wind
Větrnou energii využívají lidé také od starověku, nejjednodušším příkladem je plachtění a větrné mlýny. Větrné mlýny se používají dodnes, zejména v oblastech se stálými větry, jako je pobřeží. Vědci neustále předkládají nápady, jak modernizovat stávající zařízení pro přeměnu větrné energie, jedním z nich jsou větrné turbíny v podobě stoupacích turbín. Díky neustálé rotaci mohly „viset“ve vzduchu ve vzdálenosti několika set metrů od země, kde je silný a stálý vítr. To by pomohlo při elektrifikaci venkovských oblastí, kde použití standardních větrných mlýnů není možné. Kromě toho by takové stoupající turbíny mohly být vybaveny internetovými moduly, které by lidem poskytly přístup k World Wide Web.
Příliv a odliv a vlny
Boom solární a větrné energie postupně odeznívá a další přírodní energie přitahují zájem výzkumníků. Slibnější je použití přílivů a odlivů. Touto problematikou se již zabývá asi stovka společností po celém světě a existuje několik projektů, které účinnost této metody těžby prokázaly.elektřina. Výhodou oproti solární energii je, že ztráty při přenosu jedné energie na druhou jsou minimální: přílivová vlna roztáčí obrovskou turbínu, která vyrábí elektřinu.
Project Oyster je myšlenkou instalace sklopného ventilu na dně oceánu, který přivede vodu na břeh, a tím roztáčí jednoduchou hydroelektrickou turbínu. Pouze jedna taková instalace by mohla dodávat elektřinu malému mikrodistriktu.
V Austrálii se již přílivové vlny úspěšně využívají: ve městě Perth byla instalována odsolovací zařízení pracující na tento druh energie. Jejich práce umožňuje poskytnout sladkou vodu asi půl milionu lidí. V tomto odvětví výroby energie lze také kombinovat přírodní energii a průmysl.
Využití přílivové energie se poněkud liší od technologií, které jsme zvyklí vidět v říčních vodních elektrárnách. Vodní elektrárny často poškozují životní prostředí: přilehlá území jsou zaplavena, ekosystém je zničen, ale stanice pracující na přílivových vlnách jsou v tomto ohledu mnohem bezpečnější.
Lidská energie
Jeden z nejfantastičtějších projektů na našem seznamu lze nazvat využití energie živých lidí. Zní to úchvatně a dokonce poněkud děsivě, ale ne všechno je tak děsivé. Vědci oceňují myšlenku, jak využít mechanickou energii pohybu. Tyto projekty se týkají mikroelektroniky a nanotechnologií s nízkou spotřebou energie. I když to zní jako utopie, neexistuje žádný skutečný vývoj, ale myšlenka je velmizajímavé a neopouští mysl vědců. Souhlaste, velmi pohodlná budou zařízení, která budou stejně jako hodinky s automatickým nátahem nabíjena z toho, že se senzor přetáhne prstem, nebo ze skutečnosti, že se tablet nebo telefon při chůzi jednoduše houpe v tašce. Nemluvě o oblečení, které, naplněné různými mikrozařízeními, dokáže přeměnit energii lidského pohybu na elektřinu.
Například v Berkeley, v Lawrenceově laboratoři, se vědci pokusili realizovat myšlenku využití virů k přeměně tlakové energie na elektřinu. Existují také malé mechanismy poháněné pohybem, ale taková technologie zatím nebyla uvedena do provozu. Ano, globální energetickou krizi nelze řešit tímto způsobem: kolik lidí bude muset „prodávat“, aby celý závod fungoval? Ale jako jedno z kombinovaných opatření je teorie docela životaschopná.
Zejména takové technologie budou účinné na těžko dostupných místech, na polárních stanicích, v horách a tajze, mezi cestovateli a turisty, kteří nemají vždy možnost nabít své přístroje, ale zůstat v kontaktu je důležité, zvláště pokud se skupina dostala do kritické situace. Jak moc by se dalo předejít, kdyby lidé měli vždy spolehlivé komunikační zařízení, které nezávisí na „zástrčce“.
Vodíkové palivové články
Snad každý majitel auta při pohledu na ukazatel množství benzínu blížící se nule mělmyšlenka na to, jak skvělé by bylo, kdyby auto jelo po vodě. Nyní se ale jeho atomy dostaly do pozornosti vědců jako skutečné objekty energie. Faktem je, že částice vodíku – nejběžnějšího plynu ve vesmíru – obsahují obrovské množství energie. Navíc motor spaluje tento plyn prakticky bez vedlejších produktů, což znamená, že získáváme palivo velmi šetrné k životnímu prostředí.
Vodík je poháněn některými moduly a raketoplány ISS, ale na Zemi existuje hlavně ve formě sloučenin, jako je voda. V osmdesátých letech v Rusku probíhal vývoj letadel využívajících jako palivo vodík, tyto technologie byly dokonce uvedeny do praxe a experimentální modely prokázaly svou účinnost. Když se vodík oddělí, přesune se do speciálního palivového článku, po kterém lze přímo vyrábět elektřinu. To není energie budoucnosti, to už je realita. Podobné vozy se již vyrábějí a v poměrně velkých sériích. Honda, aby zdůraznila všestrannost zdroje energie a vozu jako celku, provedla experiment, v jehož důsledku bylo auto připojeno k elektrické domácí síti, ale ne za účelem dobití. Auto může napájet soukromý dům několik dní nebo ujet téměř pět set kilometrů bez tankování.
Jediným nedostatkem takového zdroje energie jsou v současnosti relativně vysoké náklady na takováto ekologicky šetrná auta a samozřejmě poměrně malý počet vodíkových stanic, ale mnoho zemí již plánuje jejich výstavbu. Například vNěmecko již má plán nainstalovat do roku 2017 100 čerpacích stanic.
Teplo země
Přeměna tepelné energie na elektřinu je podstatou geotermální energie. V některých zemích, kde je obtížné použít jiná odvětví, se používá poměrně široce. Například na Filipínách pochází 27 % veškeré elektřiny z geotermálních elektráren, zatímco na Islandu je toto číslo asi 30 %. Podstata tohoto způsobu výroby energie je vcelku jednoduchá, mechanismus je podobný jednoduchému parnímu stroji. Před údajným „jezerem“magmatu je nutné vyvrtat studnu, kterou je přiváděna voda. Při kontaktu s horkým magmatem se voda okamžitě promění v páru. Stoupá tam, kde roztáčí mechanickou turbínu, a tím vyrábí elektřinu.
Budoucností geotermální energie je hledání velkých „zásobišť“magmatu. Například na zmiňovaném Islandu se jim to povedlo: žhavé magma ve zlomku vteřiny proměnilo všechnu čerpanou vodu v páru o teplotě asi 450 stupňů Celsia, což je absolutní rekord. Takto vysokotlaká pára může několikanásobně zvýšit účinnost geotermální elektrárny, může se stát impulsem pro rozvoj geotermální energie po celém světě, zejména v oblastech nasycených sopkami a termálními prameny.
Využití jaderného odpadu
Jaderná energie svého času vyvolala rozruch. Tak tomu bylo, dokud si lidé neuvědomili nebezpečí tohoto odvětvíenergie. Nehody jsou možné, nikdo není imunní vůči takovým případům, ale jsou velmi vzácné, ale radioaktivní odpad se objevuje neustále a až donedávna vědci nedokázali tento problém vyřešit. Faktem je, že uranové tyče – tradiční „palivo“jaderných elektráren, lze využít pouze z 5 %. Po zpracování této malé části je celá tyč odeslána na "skládku".
Dříve se používala technologie, při které byly tyče ponořeny do vody, což zpomaluje neutrony a udržuje stabilní reakci. Nyní byl místo vody použit tekutý sodík. Tato náhrada umožňuje nejen využít celý objem uranu, ale také zpracovat desítky tisíc tun radioaktivního odpadu.
Je důležité zbavit planetu jaderného odpadu, ale v samotné technologii je jedno „ale“. Uran je zdroj a jeho zásoby na Zemi jsou omezené. Pokud se celá planeta přepne výhradně na energii přijímanou z jaderných elektráren (např. ve Spojených státech jaderné elektrárny produkují pouze 20 % veškeré spotřebované elektřiny), zásoby uranu se dost rychle vyčerpají a lidstvo to opět povede k na práh energetické krize, takže jaderná energie, byť modernizovaná, pouze dočasné opatření.
Rostlinné palivo
Dokonce i Henry Ford, který vytvořil svůj „Model T“, očekával, že již bude jezdit na biopaliva. V té době však byla objevena nová ropná pole a potřeba alternativních zdrojů energie na několik desetiletí zmizela, ale nynízpět.
Za posledních patnáct let se používání rostlinných paliv, jako je etanol a bionafta, několikrát zvýšilo. Používají se jako nezávislé zdroje energie a jako přísady do benzínu. Před časem se naděje vkládaly do zvláštní kultury prosa, zvané „řepka“. Je zcela nevhodný pro výživu lidí nebo hospodářských zvířat, ale má vysoký obsah oleje. Z tohoto oleje začali vyrábět „bionaftu“. Ale tato plodina zabere příliš mnoho místa, pokud se jí pokusíte vypěstovat dostatek na to, aby poháněla alespoň část planety.
Nyní vědci mluví o využití řas. Jejich obsah oleje je asi 50 %, což umožní stejně snadno ropu vytěžit a odpad lze přeměnit na hnojiva, na jejichž základě se vypěstují nové řasy. Myšlenka je považována za zajímavou, ale její životaschopnost dosud nebyla prokázána: publikace úspěšných experimentů v této oblasti dosud nebyla zveřejněna.
Fusion
Budoucí energie světa je podle moderních vědců nemožná bez technologií termonukleární fúze. Toto je aktuálně nejslibnější vývoj, do kterého se již investují miliardy dolarů.
Jaderné elektrárny využívají energii štěpení. Je to nebezpečné, protože hrozí neřízená reakce, která zničí reaktor a povede k úniku obrovského množství radioaktivních látek: snad každý si pamatuje nehodu v jaderné elektrárně v Černobylu.
Při fúzních reakcích toJak název napovídá, využívá se energie uvolněná při fúzi atomů. Výsledkem je, že na rozdíl od atomového štěpení nevzniká žádný radioaktivní odpad.
Hlavním problémem je, že v důsledku fúze vzniká látka, která má tak vysokou teplotu, že může zničit celý reaktor.
Tato energie budoucnosti je realitou. A fantazie jsou zde nevhodné, v tuto chvíli už ve Francii začala stavba reaktoru. Do pilotního projektu financovaného mnoha zeměmi, mezi které kromě EU patří Čína a Japonsko, USA, Rusko a další, bylo investováno několik miliard dolarů. Původně se plánovalo spuštění prvních experimentů již v roce 2016, ale propočty ukázaly, že rozpočet byl příliš malý (místo 5 miliard jich bylo třeba 19) a spuštění bylo odloženo o dalších 9 let. Možná za pár let uvidíme, čeho je fúzní energie schopná.
Výzvy současnosti a příležitosti do budoucna
Nejen vědci, ale i autoři sci-fi dávají spoustu nápadů pro implementaci budoucích technologií v energetice, ale všichni souhlasí s tím, že zatím žádná z navrhovaných možností nemůže plně uspokojit všechny potřeby naší civilizace. Pokud by například všechna auta ve Spojených státech jezdila na biopaliva, pole řepky by musela zabírat plochu rovnou polovině celé země, bez ohledu na to, že ve Státech není tolik půdy vhodné pro zemědělství. Navíc zatím všechny způsoby výroby alternativní energie – silnice. Snad každý běžný obyvatel města souhlasí s tím, že je důležité využívat obnovitelné zdroje šetrné k životnímu prostředí, ale ne, když se mu v tuto chvíli řekne cena takového přechodu. V této oblasti čeká vědce ještě hodně práce. Nové objevy, nové materiály, nové nápady – to vše pomůže lidstvu úspěšně se vyrovnat s hrozící krizí zdrojů. Energetický problém planety lze vyřešit pouze komplexními opatřeními. V některých oblastech je výhodnější používat větrnou energii, někde - solární panely atd. Ale možná hlavním faktorem bude snižování spotřeby energie obecně a vytváření energeticky úsporných technologií. Každý člověk musí pochopit, že je zodpovědný za planetu, a každý si musí položit otázku: "Jaký druh energie volím pro budoucnost?" Než přejdeme k dalším zdrojům, každý by si měl uvědomit, že je to opravdu nutné. Pouze integrovaným přístupem bude možné vyřešit problém spotřeby energie.
