Вы когда-нибудь задумывались о том, сколько энергии вы используете каждый день? Мы используем энергию во время просмотра телевизора, приготовления ужина, освещения наших комнат ночью, отопления наших домов в холодную зиму и даже вождения наших автомобилей.
Итак, сколько энергии мы используем? Суммарная энергия, потребляемая всей человеческой цивилизацией, увеличилась примерно с одного тераватта в 1890 году до 19,4 тераватта в прошлом году [1]. Очевидно, что 1 тераватт (ТВт) - это один триллион (1012) ватт, что эквивалентно 5 миллиардам баррелей нефти, или 1 миллиарду тонн угля! Ожидается, что к 2040 году потребление энергии в мире увеличится еще на 48%. Это приведет к разрыву в 10 ТВт между количеством энергии, которое мы в настоящее время способны производить каждый год, и тем, что мы ожидаем использовать через 20-30 лет. Как мы когда-нибудь преодолеем этот разрыв? Эта проблема становится еще более сложной, потому что большая часть нашей энергии поступает из ресурсов, которые истощаются, таких как нефть (на которую приходится 33% всей энергии в мире), уголь (30%) и природный газ (24%), которые часто называют ископаемыми видами топлива. Мы истощаем эти ресурсы, потому что они добываются природой гораздо медленнее, чем мы их используем. Например, большая часть нефтяных месторождений, существующих сегодня, образовалась около 250 миллионов лет назад из крошечных растений и животных, называемых водорослями и планктоном. Мертвый планктон и водоросли опустились на дно древнего океана и смешались с песком и другими отложениями, в среде без кислорода. В результате образовался богатый органическими веществами ил, который в течение многих лет был захоронен и покрыт большим количеством осадочных отложений. Из-за повышенного давления и температуры эта грязь в конечном итоге превратилась в нефть.
Мы должны подготовиться к неизбежному истощению запасов ископаемого топлива, потому что без этих источников энергии изменится весь наш образ жизни. Кроме того, загрязнение от сжигания ископаемого топлива является катастрофическим, вызывая глобальное потепление и другие изменения климата из-за парникового эффекта. Парниковый эффект - это естественный процесс, который нагревает поверхность Земли (и воздух над ней) за счет улавливания солнечной энергии газами, находящимися в атмосфере. Когда солнечная энергия достигает земной атмосферы, часть ее отражается обратно в космос, а остальная часть поглощается и повторно излучается парниковыми газами. Эти газы-теплоуловители действуют как стены и крыша сельскохозяйственной теплицы. Без парникового эффекта Земля была бы слишком холодной для жизни. Тем не менее, промышленное производство газов, вызывающих парниковый эффект, в настоящее время имеет тенденцию к повышению температуры... Загрязнение также напрямую убивает многих людей. В Китае, по оценкам, 1,6 миллиона человек ежегодно умирают от дыхания загрязненного воздуха.
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ КАК РЕШЕНИЕ
Пока мы размышляем над этими мрачными перспективами, давайте посмотрим на светлую сторону неба. Каждый день солнце посылает огромное количество энергии. Количество солнечной энергии, достигающей поверхности нашей планеты, настолько велико, что за 1 год оно примерно в два раза больше, чем когда-либо будет получено из всех невозобновляемых ресурсов Земли - угля, нефти, природного газа и добытого урана (для ядерной энергии) вместе взятых. Примерно за час Солнце дает больше энергии, чем мир использует за один год! Кроме того, солнце свободно и не принадлежит какой-либо одной стране. Это местный, неисчерпаемый ресурс, который является чистым и устойчивым.
Огромные усилия направлены на разработку средств улавливания солнечной энергии с упором на различные типы солнечных батарей. Недостатком солнечных элементов является то, что они обеспечивают энергию в виде электричества, которое не может удовлетворить все потребности нашего общества в энергии. Мы также не хотим зависеть от источника энергии, который доступен только в солнечные дни, что является единственным временем, когда солнечные элементы могут хорошо работать. Неудивительно, что природа нашла решение с альтернативным способом использования солнечной энергии: растения используют ее в процессе фотосинтеза. А процесс, используемый растениями и другими организмами для преобразования света в вид топлива, необходимый организму, например, сахар. Используя свет, сахара получают из углекислого газа и воды, преобразуя свет в топливо для растений. Гораздо легче хранить топливо по сравнению с хранением электричества или тепла. Природа может послужить нам источником вдохновения при разработке искусственной фотосинтетической системы, в которой солнечная энергия преобразуется непосредственно в топливо, которое можно легко хранить и транспортировать, на основе процесса, называемого фотокатализ.
Продолжение следует