זה לא סוד שהמשאבים בהם משתמשת האנושות כיום הם סופיים, יתרה מכך, מיצוי ושימוש נוסף שלהם יכולים להוביל לא רק לאנרגיה, אלא גם לאסון סביבתי. המשאבים המשמשים את האנושות באופן מסורתי - פחם, גז ונפט - ייגמרו בעוד כמה עשורים, ויש לנקוט צעדים כעת, בזמננו. כמובן, אנחנו יכולים לקוות ששוב נמצא איזה מרבץ עשיר, בדיוק כפי שהיה במחצית הראשונה של המאה הקודמת, אבל מדענים בטוחים שמרבצים כה גדולים כבר לא קיימים. אבל בכל מקרה, גם גילוי מרבצים חדשים רק יעכב את הבלתי נמנע, יש צורך למצוא דרכים להפקת אנרגיה חלופית ולעבור למשאבים מתחדשים כמו רוח, שמש, אנרגיה גיאותרמית, אנרגיית זרימת מים ועוד, ויחד עם זה הכרחי להמשיך ולפתח טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה.
במאמר זה, נשקול כמה מהרעיונות המבטיחים ביותר, לדעתם של מדענים מודרניים, שעליהם תיבנה אנרגיית העתיד.
תחנות סולאריות
אנשים תהו זמן רב אם אפשר להשתמש באנרגיהשמש על פני כדור הארץ. מים חוממו תחת השמש, בגדים וכלי חרס יובשו לפני שנשלחו לתנור, אך לא ניתן לכנות שיטות אלו יעילות. האמצעים הטכניים הראשונים להמרת אנרגיה סולארית הופיע במאה ה-18. המדען הצרפתי ג'יי בופון הראה ניסוי בו הצליח להצית עץ יבש בעזרת מראה קעורה גדולה במזג אוויר בהיר ממרחק של כ-70 מטרים. בן ארצו, המדען המפורסם A. Lavoisier, השתמש בעדשות כדי לרכז את אנרגיית השמש, ובאנגליה יצרו זכוכית דו קמורה, שעל ידי מיקוד קרני השמש, המסה ברזל יצוק תוך דקות ספורות.
מדעני טבע ערכו ניסויים רבים שהוכיחו שהשימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ אפשרי. עם זאת, סוללה סולארית שתמיר אנרגיית שמש לאנרגיה מכנית הופיעה לאחרונה יחסית, ב-1953. הוא נוצר על ידי מדענים מסוכנות התעופה הלאומית של ארה ב. כבר בשנת 1959, סוללה סולארית שימשה לראשונה לצייד לוויין חלל.
אולי כבר אז, כשהבינו שסוללות כאלה הרבה יותר יעילות בחלל, המדענים העלו את הרעיון ליצור תחנות סולאריות בחלל, כי תוך שעה השמש מייצרת אנרגיה רבה כמו האנושות כולה לא צורך בשנה, אז למה לא להשתמש בזה? מה תהיה אנרגיית השמש של העתיד?
מצד אחד, נראה שהשימוש באנרגיה סולארית הוא אופציה אידיאלית. עם זאת, העלות של תחנה סולארית בחלל ענקית היא גבוהה מאוד, וחוץ מזה, היא תהיה יקרה לתפעול. כךבזמן, כאשר טכנולוגיות חדשות לאספקת סחורות לחלל, כמו גם חומרים חדשים, יוכנסו, יישום פרויקט כזה יתאפשר, אך לעת עתה נוכל להשתמש רק בסוללות קטנות יחסית על פני כדור הארץ. רבים יאמרו שגם זה טוב. כן אפשר בתנאים של בית פרטי, אבל בשביל אספקת אנרגיה של ערים גדולות, בהתאם, יש צורך בהרבה פאנלים סולאריים, או בטכנולוגיה שתהפוך אותם ליעילים יותר.
הצד הכלכלי של הנושא קיים כאן גם: כל תקציב יסבול מאוד אם יופקד עליו המשימה של הסבת עיר שלמה (או מדינה שלמה) לפאנלים סולאריים. נראה שאפשר לחייב את תושבי הערים לשלם כמה סכומים עבור ציוד מחדש, אבל במקרה זה הם יהיו אומללים, כי אם אנשים היו מוכנים להוציא הוצאות כאלה, הם היו עושים זאת בעצמם מזמן: לכולם יש הזדמנות לקנות סוללה סולארית.
יש פרדוקס נוסף בנוגע לאנרגיה סולארית: עלויות הייצור. המרת אנרגיה סולארית לחשמל ישירות היא לא הדבר היעיל ביותר. עד כה, לא נמצאה דרך טובה יותר מאשר להשתמש בקרני השמש כדי לחמם מים, שהופכים לקיטור, בתורם מסובבים דינמו. במקרה זה, אובדן האנרגיה הוא מינימלי. האנושות רוצה להשתמש בפאנלים סולאריים "ירוקים" ובתחנות סולאריות כדי לשמר משאבים על פני כדור הארץ, אך פרויקט כזה ידרוש כמות עצומה מאותם משאבים, ואנרגיה "לא ירוקה".לדוגמה, בצרפת נבנתה לאחרונה תחנת כוח סולארית, המשתרעת על שטח של כשני קמ"ר. עלות הבנייה עמדה על כ-110 מיליון יורו, לא כולל עלויות תפעול. עם כל זה, יש לזכור כי חיי השירות של מנגנונים כאלה הם כ-25 שנים.
Wind
אנרגיית הרוח שימשה גם אנשים מאז העת העתיקה, הדוגמה הפשוטה ביותר היא שיט וטחנות רוח. טחנות רוח נמצאות עד היום בשימוש, במיוחד באזורים עם רוחות קבועות, כמו על החוף. מדענים מעלים כל הזמן רעיונות כיצד לחדש מכשירים קיימים להמרת אנרגיית רוח, אחד מהם הוא טורבינות רוח בצורה של טורבינות דאייה. בשל הסיבוב המתמיד, הם יכלו "לתלות" באוויר במרחק של כמה מאות מטרים מהקרקע, שם הרוח חזקה וקבועה. זה יעזור בחשמל של אזורים כפריים שבהם השימוש בטחנות רוח סטנדרטיות אינו אפשרי. בנוסף, טורבינות דאייה כאלה יכולות להיות מצוידות במודולי אינטרנט, שיספקו לאנשים גישה ל-World Wide Web.
גאות ושפל
התנופה באנרגיית השמש והרוח הולכת ופוחתת בהדרגה, ואנרגיה טבעית אחרת משכה את עניין החוקרים. מבטיח יותר הוא השימוש בגאות ושפל. כבר עכשיו, כמאה חברות ברחבי העולם עוסקות בנושא הזה, ויש כמה פרויקטים שהוכיחו את יעילותה של שיטת הכרייה הזו.חַשְׁמַל. היתרון על אנרגיה סולארית הוא שההפסדים במהלך העברת אנרגיה אחת לאחרת הם מינימליים: גל הגאות מסובב טורבינה ענקית, המייצרת חשמל.
פרויקט Oyster הוא הרעיון של התקנת שסתום ציר בקרקעית האוקיינוס שיביא מים לחוף, ובכך להפוך טורבינה הידרואלקטרית פשוטה. רק התקנה אחת כזו יכולה לספק חשמל למיקרו-מחוז קטן.
כבר, גלי גאות נמצאים בשימוש מוצלח באוסטרליה: בעיר פרת' הותקנו מתקני התפלה הפועלים על סוג זה של אנרגיה. עבודתם מאפשרת לספק לכחצי מיליון איש מים מתוקים. ניתן לשלב אנרגיה טבעית ותעשייה גם בתעשיית הפקת אנרגיה זו.
השימוש באנרגיית גאות ושפל שונה במקצת מהטכנולוגיות שאנו רגילים לראות בתחנות כוח הידרואלקטריות של נהרות. לעתים קרובות, תחנות כוח הידרואלקטריות פוגעות בסביבה: שטחים סמוכים מוצפים, המערכת האקולוגית נהרסת, אבל תחנות הפועלות על גלי גאות בטוחות הרבה יותר בהקשר הזה.
אנרגיה אנושית
אפשר לקרוא לאחד הפרויקטים הפנטסטיים ביותר ברשימה שלנו שימוש באנרגיה של אנשים חיים. זה נשמע מהמם ואפילו קצת מפחיד, אבל לא הכל כל כך מפחיד. מדענים מוקירים את הרעיון כיצד להשתמש באנרגיה המכנית של התנועה. פרויקטים אלו עוסקים במיקרו-אלקטרוניקה וננו-טכנולוגיות עם צריכת חשמל נמוכה. אמנם זה נשמע כמו אוטופיה, אבל אין התפתחויות אמיתיות, אבל הרעיון הוא מאודמעניין ואינו עוזב את דעתם של מדענים. מסכים, נוחים מאוד יהיו מכשירים שכמו שעונים עם סלילה אוטומטית, יחויבו מעצם המחיקה של החיישן באצבע, או מהעובדה שטאבלט או טלפון פשוט משתלשלים בתיק בהליכה. שלא לדבר על בגדים שמלאים במכשירי מיקרו שונים יכולים להמיר את האנרגיה של התנועה האנושית לחשמל.
בברקלי, במעבדה של לורנס, למשל, מדענים ניסו לממש את הרעיון של שימוש בווירוסים כדי להמיר אנרגיית לחץ לחשמל. ישנם גם מנגנונים קטנים המופעלים על ידי תנועה, אך עד כה טכנולוגיה כזו לא הופעלה. כן, אי אפשר להתמודד עם משבר האנרגיה העולמי בצורה כזו: כמה אנשים יצטרכו "לרכל" כדי לגרום למפעל כולו לעבוד? אבל בתור אחד המדדים המשמשים בשילוב, התיאוריה היא די בת קיימא.
במיוחד טכנולוגיות כאלה יהיו יעילות במקומות שקשה להגיע אליהם, בתחנות קוטב, בהרים ובטייגה, בקרב מטיילים ותיירים שלא תמיד יש להם אפשרות להטעין את הגאדג'טים שלהם, אבל שמירה על קשר היא חשוב, במיוחד אם הקבוצה נקלעה למצב קריטי. כמה אפשר היה למנוע אם לאנשים תמיד היה מכשיר תקשורת אמין שאינו תלוי ב"תקע".
תאי דלק מימן
אולי כל בעל רכב, שמסתכל על האינדיקטור של כמות הבנזין שמתקרבת לאפס, היההמחשבה על כמה נהדר זה יהיה אם המכונית תיסע על מים. אבל עכשיו האטומים שלה הגיעו לתשומת לבם של מדענים כאובייקטים אמיתיים של אנרגיה. העובדה היא שחלקיקי המימן - הגז הנפוץ ביותר ביקום - מכילים כמות עצומה של אנרגיה. יתר על כן, המנוע שורף את הגז הזה כמעט ללא תוצרי לוואי, מה שאומר שאנו מקבלים דלק ידידותי מאוד לסביבה.
מימן מתודלק על ידי כמה מודולים ומעבורות של ISS, אבל בכדור הארץ הוא קיים בעיקר בצורה של תרכובות כמו מים. בשנות השמונים ברוסיה היו פיתוחים של מטוסים המשתמשים במימן כדלק, הטכנולוגיות הללו אף יושמו בפועל, ומודלים ניסיוניים הוכיחו את יעילותם. כאשר מימן מופרד, הוא עובר לתא דלק מיוחד, שלאחריו ניתן להפיק חשמל ישירות. זו לא האנרגיה של העתיד, זו כבר מציאות. מכוניות דומות כבר מיוצרות ובמנות גדולות למדי. הונדה, על מנת להדגיש את הרבגוניות של מקור האנרגיה והמכונית כולה, ערכה ניסוי שבעקבותיו חוברה המכונית לרשת הביתית החשמלית, אך לא על מנת להיטען מחדש. מכונית יכולה להניע בית פרטי למשך מספר ימים, או לנסוע כמעט חמש מאות קילומטרים ללא תדלוק.
החיסרון היחיד של מקור אנרגיה כזה כרגע הוא העלות הגבוהה יחסית של מכוניות ידידותיות לסביבה כאלה, וכמובן, מספר קטן למדי של תחנות מימן, אבל מדינות רבות כבר מתכננות לבנות אותן. לדוגמה, בלגרמניה כבר יש תוכנית להתקין 100 תחנות תדלוק עד 2017.
חום האדמה
הפיכת אנרגיה תרמית לחשמל היא המהות של אנרגיה גיאותרמית. במדינות מסוימות בהן קשה להשתמש בתעשיות אחרות, נעשה בו שימוש נרחב למדי. לדוגמה, בפיליפינים, 27% מכלל החשמל מגיע ממפעלים גיאותרמיים, בעוד שבאיסלנד נתון זה הוא כ-30%. המהות של שיטה זו של ייצור אנרגיה היא די פשוטה, המנגנון דומה למנוע קיטור פשוט. לפני "אגם" המאגמה לכאורה, יש צורך לקדוח באר שדרכה מסופקים מים. במגע עם מאגמה חמה, המים הופכים מיידית לקיטור. הוא עולה במקום שבו הוא מסובב טורבינה מכנית, ובכך מייצר חשמל.
עתיד האנרגיה הגיאותרמית הוא למצוא "מאגרי מאגמה" גדולים. כך למשל באיסלנד הנ"ל הצליחו: בשבריר שנייה מאגמה לוהטת הפכה את כל המים הנשאבים לקיטור בטמפרטורה של כ-450 מעלות צלזיוס, שזה שיא מוחלט. קיטור בלחץ גבוה כזה יכול להגביר את היעילות של מפעל גיאותרמי פי כמה, הוא יכול להפוך לדחף לפיתוח אנרגיה גיאותרמית ברחבי העולם, במיוחד באזורים רוויים בהרי געש ומעיינות תרמיים.
שימוש בפסולת גרעינית
אנרגיה גרעינית, בעת ובעונה אחת, עשתה התזה. כך היה עד שאנשים הבינו את הסכנה של התעשייה הזואֵנֶרְגִיָה. תאונות אפשריות, אף אחד לא חסין ממקרים כאלה, אבל הם נדירים מאוד, אבל פסולת רדיואקטיבית מופיעה בהתמדה ועד לאחרונה, מדענים לא הצליחו לפתור בעיה זו. העובדה היא שמוטות אורניום - ה"דלק" המסורתי של תחנות כוח גרעיניות, יכולים לשמש רק 5%. לאחר עיבוד החלק הקטן הזה, המוט כולו נשלח ל"מזבלה".
בעבר, נעשה שימוש בטכנולוגיה שבה המוטות היו טבולים במים, מה שמאט את הנייטרונים ושומר על תגובה יציבה. כעת נעשה שימוש בנתרן נוזלי במקום מים. החלפה זו מאפשרת לא רק להשתמש בכל נפח האורניום, אלא גם לעבד עשרות אלפי טונות של פסולת רדיואקטיבית.
חשוב לפטור את כדור הארץ מפסולת גרעינית, אבל יש "אבל" אחד בטכנולוגיה עצמה. אורניום הוא משאב, והעתודות שלו על פני כדור הארץ הן סופיות. אם כדור הארץ כולו יועבר אך ורק לאנרגיה המתקבלת מתחנות כוח גרעיניות (לדוגמה, בארצות הברית, תחנות כוח גרעיניות מייצרות רק 20% מכלל החשמל הנצרך), מאגרי האורניום יתרוקנו די מהר, וזה שוב יוביל את האנושות עד לסף של משבר אנרגיה, אז אנרגיה גרעינית, אם כי מודרנית, רק אמצעי זמני.
דלק צמחי
אפילו הנרי פורד, לאחר שיצר את "דגם T" שלו, ציפה שהוא כבר יפעל על דלק ביולוגי. עם זאת, באותה תקופה התגלו שדות נפט חדשים, והצורך במקורות אנרגיה חלופיים נעלם במשך כמה עשורים, אך כעתחזרה שוב.
במהלך חמש עשרה השנים האחרונות, השימוש בדלקים צמחיים כמו אתנול וביודיזל גדל פי כמה. הם משמשים כמקורות אנרגיה עצמאיים, וכתוספים לבנזין. לפני זמן מה נתלו תקוות בתרבות דוחן מיוחדת, המכונה "קנולה". הוא אינו מתאים לחלוטין למזון לבני אדם או לבעלי חיים, אך יש לו תכולת שמן גבוהה. מהשמן הזה החלו לייצר "ביודיזל". אבל היבול הזה יתפוס יותר מדי מקום אם תנסה לגדל מספיק ממנו כדי לתדלק לפחות חלק מכדור הארץ.
עכשיו מדענים מדברים על השימוש באצות. תכולת השמן שלהם היא כ-50%, מה שיקל באותה מידה את הפקת השמן, וניתן להפוך את הפסולת לדשנים שעל בסיסם יגדלו אצות חדשות. הרעיון נחשב למעניין, אך כדאיותו טרם הוכחה: טרם פורסם פרסום של ניסויים מוצלחים בתחום זה.
Fusion
האנרגיה העתידית של העולם, לפי מדענים מודרניים, בלתי אפשרית ללא טכנולוגיות היתוך תרמו-גרעיני. זהו כרגע הפיתוח המבטיח ביותר שבו כבר מושקעים מיליארדי דולרים.
תחנות כוח גרעיניות משתמשות באנרגיית ביקוע. זה מסוכן כי יש איום של תגובה בלתי מבוקרת שתהרוס את הכור ותביא לשחרור כמות עצומה של חומרים רדיואקטיביים: אולי כולם זוכרים את התאונה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל.
בתגובות היתוך שכפי שהשם מרמז, נעשה שימוש באנרגיה המשתחררת במהלך היתוך אטומים. כתוצאה מכך, בניגוד לביקוע אטומי, לא נוצרת פסולת רדיואקטיבית.
הבעיה העיקרית היא שכתוצאה מהיתוך נוצר חומר שיש לו טמפרטורה כל כך גבוהה שהוא יכול להרוס את כל הכור.
אנרגיה זו של העתיד היא מציאות. ופנטזיות לא מתאימות כאן, כרגע בניית הכור כבר החלה בצרפת. כמה מיליארדי דולרים הושקעו בפרויקט פיילוט שממומן על ידי מדינות רבות, הכוללות, בנוסף לאיחוד האירופי, את סין ויפן, ארה ב, רוסיה ואחרות. בתחילה, הניסויים הראשונים תוכננו לצאת לדרך כבר ב-2016, אך חישובים הראו שהתקציב קטן מדי (במקום 5 מיליארד לקח 19), וההשקה נדחתה ב-9 שנים נוספות. אולי בעוד כמה שנים נראה למה כוח היתוך מסוגל.
אתגרי ההווה והזדמנויות לעתיד
לא רק מדענים, אלא גם סופרי מדע בדיוני נותנים הרבה רעיונות ליישום הטכנולוגיה העתידית באנרגיה, אבל כולם מסכימים שעד כה אף אחת מהאפשרויות המוצעות לא יכולה לענות במלואה על כל הצרכים של הציוויליזציה שלנו. לדוגמה, אם כל המכוניות בארה"ב פועלות על דלק ביולוגי, שדות קנולה יצטרכו לכסות שטח השווה למחצית המדינה כולה, ללא קשר לעובדה שאין כל כך הרבה קרקעות שמתאימות לחקלאות בארצות הברית. יתר על כן, עד כה כל שיטות הייצוראנרגיה חלופית - כבישים. אולי כל תושב עיר רגיל מסכים שחשוב להשתמש במשאבים מתחדשים ידידותיים לסביבה, אבל לא כשאומרים להם מה העלות של מעבר כזה כרגע. למדענים יש עדיין עבודה רבה בתחום זה. תגליות חדשות, חומרים חדשים, רעיונות חדשים - כל זה יעזור לאנושות להתמודד בהצלחה עם משבר המשאבים הממשמש ובא. בעיית האנרגיה של כדור הארץ יכולה להיפתר רק על ידי אמצעים מקיפים. באזורים מסוימים, נוח יותר להשתמש בייצור כוח רוח, איפשהו - פאנלים סולאריים וכן הלאה. אבל אולי הגורם העיקרי יהיה הפחתת צריכת האנרגיה בכלל ויצירת טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה. כל אדם חייב להבין שהוא אחראי על הפלנטה, וכל אחד חייב לשאול את עצמו את השאלה: "איזו סוג של אנרגיה אני בוחר לעתיד?" לפני המעבר למשאבים אחרים, כולם צריכים להבין שזה באמת הכרחי. רק בגישה משולבת ניתן יהיה לפתור את בעיית צריכת האנרגיה.
