כמות המינרלים המופקת להפקת משאבי אנרגיה גדלה בהתמדה ולא רחוק היום בו הם אוזלים. כשהם מומרים לחום וחשמל, הזיהום הסביבתי הופך ליותר ויותר אינטנסיבי, למרות הנהגת אמצעים סביבתיים. על רקע זה, התפתחות ידועים וחיפוש אחר מקורות אנרגיה חלופיים חדשים יכולים להיות מוצא מהמצב הזה.
תוֹכֶן
- משאבים בלתי מתחדשים
-
מקורות אנרגיה חלופית
- פעילות סולארית
- רוח זורמת
- כוח המים
- חום טבעי של כדור הארץ
- דלק ביולוגי
- רעיונות חדשניים
משאבים בלתי מתחדשים
במשך זמן רב, אנשים משתמשים במשאבים לא מתחדשים כדי לחמם ולהאיר את בתיהם.
בתחילה היו אלה סוגים שונים של פחם, ועם התפתחות הגיאולוגיה וגילוי המרבצים הופיעו טכנולוגיות שאפשרו להשתמש לשם כך במשאבי נפט וגז.
בהתחלה אף אחד לא חשב על הכמות והמלאי שלהם. אך עם גידול הייצור התעשייתי והעלייה בצריכה בחיי היומיום, הרזרבות הללו התרוקנו מאוד, ולעתים קרובות חקירתן והפקתם באזורים שקשה להגיע אליהם אינם משתלמים. כבר עכשיו, משק בית ממוצע עולה מחצית מעלות החימום, התאורה והתדלוק של המכונית. בעתיד הסכום הזה רק יגדל.
בתנאים מודרניים, האנושות מנסה להפוך כל תופעת טבע לאנרגיה, בין אם זו תנועת המים או הרוח, אור השמש או חום כדור הארץ. מדינות רבות מפתחות חוקים מתאימים המסדירים את השימוש בהם על מנת למנוע סכסוכים באזורי הגבול.
מקורות אנרגיה חלופית
מספר הסוגים המשמעותיים ביותר של אנרגיה חלופית חוזר על מספר היסודות הארציים - אש, מים, אדמה ואוויר. זה אותם אנשים מנסים להשתמש כדי להחליף משאבים מסורתיים בתעשיית החום והכוח. מדענים ומהנדסים ממדינות רבות עוסקים בחיפוש אחר שיטות חדשות, יעילות יותר ובעלות הזולה ביותר.
פעילות סולארית
הפיכת האנרגיה שמשחררת גוף תאורה לחום וחשמל לצרכים ביתיים ותעשייתיים היא משאב האנרגיה הראשון שהחל להיחקר. השימוש בו קשור לתכונות הפיזיקליות של אור השמש ומוליכים למחצה להפקת אנרגיה חשמלית.
כדי לייצר אותו, ישנן תחנות כוח מיוחדות המצוידות במספר רב של פאנלים סולאריים מסיליקון. הפקת חום מאנרגיה סולארית מבוסס על חוקי התרמודינמיקה של חומרים נוזליים וגזים. לשם כך מותקנות תחנות המורכבות מקולטים המייצרים חום.
עבודת הפאנל הסולארי מבוססת על תופעת האפקט הפוטואלקטרי. יש הרבה שינויים של סוללות כאלה עכשיו והעבודה על המודרניזציה שלהן לא מפסיקה.
ישנם בעלי מלאכה המשתמשים בשיטה זו כדי לספק אנרגיה בבית. המקור הוא פאנלים סולאריים, לרוב מותקנים על הגג. כדי לעשות זאת, אתה צריך לקנות אלמנטים מיוחדים המורכבים מחלקיקי צילום עם שבב בודד ורב-שבב, מכיוון שאינך יכול ליצור אותם בעצמך.
חיי השירות של המונו-חלקיקים קצרים יותר, אך היעילות גבוהה יותר - כשלושה עשר אחוז. לפולי-גבישים יש טווח שימוש ארוך עם יעילות של פחות מתשעה אחוזים, אבל הם יכולים לעבוד גם במזג אוויר מעונן, בניגוד לחד-גבישים.
כדי ליצור סוללה סולארית בעצמך, אתה צריך:
- צור גוף שקוף מחומר אורגני או אחר.
- צור מסגרת חזקה.
- כל מתכת או עץ יצליחו.
- הרכיבו את תאי הפוטו למעגל והניחו אותם במארז.
יש לטפל בקריסטלים בזהירות רבה בשל שבירותם. התקן את היחידה לחלוטין. חשמל המתקבל בדרך זו משמש לצרכי הבית.
יתרונות השימוש באנרגיה סולארית:
- אנרגיה סולארית היא אינסופית.
- ייצור החשמל במתקן כזה הוא שקט.
- לציוד מחיר נמוך וניתן לייצור חלקי בעצמך.
- אינו מצריך התערבות אנושית.
כמובן, ישנם חסרונות מסוימים, אשר כלול את הבאים:
- הקריסטלים עצמם והעבודות לחיבור הכביש.
- פליטות רעילות לא משמעותיות במהלך העבודה.
- העלות הגבוהה של התקני אחסון אנרגיה.
- יעילות נמוכה דורשת שימוש במספר רב של סוללות כדי להפעיל את המתקן במלואו.
רוח זורמת
דרך זו של חיסכון במשאבים מבוססת על המרת הכוח המניע של זרימת האוויר לחשמל. בשביל זה הומצאו חוות רוח. ניתן להתקין מתקנים אלו בכל נקודת תמיכה: ביבשה, בים, בהרים. תהיה רוח. החלק העיקרי שלהם הוא גנרטורים של שינויים שונים (אופקי, אנכי). טחנות רוח בעלות ציר אופקי תופסות שטח גדול יותר מאלו האנכיים. כולם בעלי הספק שונה, מצוידים בסוג ומספר שונה של להבים, אך נועדו לבצע פונקציה אחת - לייצר חשמל זול.
אין שום דבר מסובך בפעולה של גנרטור הידרואלקטרי. סיבוב הלהבים מתרחש עקב משבי רוח ודרך יחידת ההילוכים הם מוזנים אל האלטרנטור. שני המכשירים הללו ממוקמים בגונדולה המסתובבת בגובה מסוים. תנועתו לאורך המטוס תלויה בכיוון הרוח. בעזרת שנאי שלב ומכשירי אוטומציה, חשמל נשפך למערכת חשמל אחת.
היתרונות של תחנות כוח רוח הם כדלקמן:
- הם אינם מייצרים פליטות מזיקות ופסולת.
- אוטונומי לחלוטין.
- אנרגיית הרוח היא כמעט אינסופית.
החסרונות כוללים:
- דורש זרימת אוויר רציפה.
- ציוד התחנה יקר.
- בשל רמת הרעש הגבוהה והשדה האלקטרומגנטי, הם דורשים הצבה באזורים מרוחקים.
- שטח כבוש גדול.
כוח המים
מתוך חקר המבנה הטבעי הזה, החלה להתפתח תעשייה שלמה - כוח מים. זה גם ממיר את זרימת המים לאנרגיה חשמלית בתחנות כוח הידרואלקטריות. לדוגמה, ברוסיה, רוב הנהרות הגדולים חסומים על ידי מספר תחנות כוח הידרואלקטריות.
הם גם מבוססים על גנרטור עם להבים, המונע על ידי זרימת הנהר. לאחר מכן מוסר ממנו חשמל בעזרת ממירים. זהו אחד מסוגי האנרגיה הזולים ביותר, אבל יש לזה גם חסרונות:
- אזורי החוף מוצפים.
- אוכלוסיית תושבי הנהר הולכת ופוחתת.
- יש זמזום מתמיד סביב מבנים כאלה.
בשנים האחרונות הצליחו מדענים להשיג אנרגיה מתנועת מי ים בזמן גאות ושפל. בשטחי רצועת החוף נבנות תחנות כוח של גאות ושפל שבהם תופעה זו בולטת ביותר. עקרון הפעולה של תחנה כזו הוא כדלקמן: בתחילת הגאות, הפתחים נפתחים ומסובים את פיר הגנרטור. לאחר שש שעות הם נסגרים, פותחים את סוף השבוע, והתהליך הפוך.
היתרונות הטמונים בחפצים כאלה, הם כדלקמן:
- זולות התפעול.
- תחנות כאלה מושכות תיירים, וזה מועיל מבחינה כספית.
החסרונות מיוחסים בדרך כלל ל:
- בניית מבנים כאלה היא יקרה מאוד.
- השפעות שליליות על החיים הימיים.
- עיצוב לא נכון יכול לעורר הצפה של הסביבה.
יש עוד פרויקט בקנה מידה גדול לסגירת מיצרים גדולים עם תחנות כוח הידרואלקטריות כמו טורבינות רוח. עם זאת, בשל העלות הגבוהה, כמו גם קשיים מהצד הטכני והפוליטי, תוכניות כאלה אינן חורגות מעבר לשרטוטי נייר.
חום טבעי של כדור הארץ
השימוש בסוג זה של תעשיית חשמל אלטרנטיבית החל יחסית לאחרונה. מתקנים גיאותרמיים משמשים במקומות שבהם מקורות כאלה מגיעים אל פני השטח ובאזורים בעלי פעילות תרמית גבוהה. דוגמה לאזור כזה ברוסיה היא קמצ'טקה על הגייזרים הרבים שלה.
אנרגיה זו מופקת בעזרת משאבות מיוחדות המאפשרות לנצל את חום התת-קרקע לחימום ותאורת מתקני תשתית. למשאבות תרמיות יש יכולות ועיצובים שונים. המקור העיקרי של אנרגיית החום הוא מכריע בשיטת בניית המשאבה, ולכן ישנם סוגי המתקנים הבאים: אדמה - מים ומים - מים, אוויר - מים ואדמה - אוויר, מים - אוויר ואוויר - אוויר, פריאון - מים ופראון - אוויר.
דלק ביולוגי
כל הדלקים הביולוגיים נוצרים מחומרים אורגניים טבעיים. בהתאם למצב הצבירה, זה יכול להיות:
- מוצק (לבני עץ וכדורי דלק).
- נוזל (ביודיזל, ביואתנול וסוגים אחרים).
- גזי (ביוגז וביומימן).
גז ביולוגי מתקבל מעיבוד חומרי גלם אורגניים או תוצרי לוואי של ייצור. הוא מורכב מתערובת של מתאן, מימן גופרתי ופחמן דו חמצני.
הפרטים העיקריים של הגדרה כזו הם:
- מיכל של בנייה אטומה.
- יש צורך במיקסר או מקדחה כדי לערבב את התוכן.
- סעפת אספקה לחומרי גלם ומים.
- יציאת פסולת גז ביוגז.
- צינור פינוי פסולת.
לעתים קרובות מאוד ציוד זה ממוקם מתחת לאדמה בממגורה אטומה. כדי למנוע הרס, בקרת הלחץ הפנימית חייבת להיות קבועה, תוך שאיבת גז החוצה בזמן. דשן קרקע הוא תוצר לוואי, שהשימוש בו משפיע לטובה על היבול.
השימוש במתקנים כאלה קשור בחומר נפץ מוגברת עקב התוצרים הגזים המתקבלים. בנוסף, ביוגז מסוכן לבני אדם בשאיפה.
מוצרי ביוטכנולוגיה נמצאים בשימוש נרחב לחימום מתחמים פרטיים ותעשייתיים, מחליפים גז טבעי במטבח ויכולים לשמש כדלק בתחנות כוח תרמיות. זהו משאב טבע מתחדש ובמחיר סביר.
החסרונות של שיטה זו הם:
- רעילות של מוצרי בעירה.
- עלות גבוהה של מפעל ביוגז.
רעיונות חדשניים
כמה תופעות טבע ואורגניזמים חיים קיימים בעולם, אפשר להמציא כל כך הרבה מקורות חשמל לא קונבנציונליים. במובן המלא, דוגמה חיה היא השימוש באצות כמו כלורלה. היא מצאה את היישום העיקרי שלה כמקור לחלבון לחיים ימיים.
כעת אסטרונאוטים לוקחים אותו איתם לחלל לניסויים על גידול באפס כבידה וכמקור לחמצן.
המשימה העיקרית לעתיד הקרוב היא המצאת שיטה לאחסון וצבירת אנרגיה סולארית בתאי אצות בקנה מידה תעשייתי. תא חי בתהליך של פוטוסינתזה מייצר בעצמו חמצן על ידי ספיגת פחמן דו חמצני. הניסויים לתרגם תהליך זה למישור האנרגיה הם המשימה מספר אחת כרגע. באזורים רבים המתאימים לגידול יבולים כאלה, נערכים ניסויים דומים.
מחסן נוסף לאנרגיה לא מסורתית הוא תופעות חשמליות באטמוספירה. מוטות ברק מותקנים בכל המבנים כדי למנוע את ההשפעות המזיקות של ברק. הקשיים בכיבוש האלמנט הזה מורכבים מהכוח העצום של הזרם והמתח ברגע ההתפרצות. זה דורש יצירת מערכות חזקות להגנה ואחסון אנרגיה של תופעה אטמוספרית זו. ידועים גם ניסיונות להשתמש במתח הסטטי של האטמוספירה.
למרות כל הקשיים המתעוררים במהלך המחקר והיישום המעשי, הכנסת טכנולוגיות חלופיות לא עומדת במקום. נמצאות דרכים להוזלת התקנות והממירים, נבדקות שיטות חדשות לאיסוף ואגירת אנרגיה. חלקו של החשמל המופק מחומרי גלם מתחדשים גדל מדי שנה.
