Получение энергии – главное условие выживания человека в самом широком смысле. Именно поэтому ее эффективное производство – одна из главных задач человечества во все времена.
Первобытным людям был доступен лишь один источник энергии – тот же, что и животным: пища. Процесс простой и автоматический: мы едим – у нас появляются силы. Химическая энергия пищевых калорий обеспечивает механическую работу мышц тела. Нашим самым далеким предкам этого было достаточно, но вскоре активно развивающийся мозг позволил человеку шагнуть вперед и начать добывать энергию вне собственного тела, ознаменовав начало эпохи энергетики.
Первый этап: вода и ветер
Первая водяная мельница в виде колеса была изобретена примерно за 200 лет до нашей эры. Простейшие водяные колеса довольно быстро распространились на территории Европы. К закату эпохи Рима энергию воды уже использовали не только для того, чтобы молоть зерно: водяные мельницы снабжали энергией первые лесопильные установки, помогали в работе с металлом, кожей, тканью. Именно энергия воды дало мощный импульс к развитию торговли и промышленности в Европе те времена.
В средние века для увеличения производительности водяных колес начали использовать плотины, а затем изобрели распределительный коленчатый вал, который дал мощный толчок развитию металлургической промышленности. К 17 веку в Европе появляются крупные промышленные фабрики, которые полностью обеспечиваются энергией воды.
Что касается энергии ветра, именно она позволила европейским мореплавателям покорить морские просторы под парусами и открыть новые земли, в первую очередь Америку.
Второй этап: пар
Изобретение парового двигателя ознаменовало новую эпоху в энергетике. Паровая машина Джеймса Ватта, увидевшая свет в 1781 году, ознаменовала собой начало английской промышленной революции. Паросиловые установки начали использовать при добыче угля, и они быстро показали свою высокую экономическую эффективность и широкие возможности: добыча энергии больше не зависела ни от географического расположения, ни от капризов природы, как в случае с водяными колесами. Но энергия воды по-прежнему использовалась широко, и на протяжении всего XIX века была лидирующим источником энергии как в Европе, так и в Америке.
В середине XIX века паровые двигатели усовершенствовались настолько, что составили более чем успешную конкуренцию водяным установкам. Паровой двигатель высокого давления, запатентованный Оливером Эвансом, стал прототипом железнодорожных и судовых двигателей, запустивших транспортную революцию в США.
Третий этап: электричество
Открытие электричества не только дало человечеству новый мощный источник энергии, но и избавило человечество от еще одного ограничения: энергию научились передавать на большие расстояния. К концу XIX века водяные мельницы и паровые двигатели в промышленности уступили место электроприводу, энергия на который поступала от далеких гидроэлектростанций и паротурбинных машин.
Говоря о развитии электричества, нельзя не упомянуть Томаса Эдисона. Исследователи сходятся на том, что именно Эдисон внёс крайне важный вклад в развитие энергетики на этом этапе. Благодаря успеху его лампы накаливания появился спрос на электроэнергию. А первая центральная электростанция «Перл стрит» в Нью-Йорке, спроектированная Эдисоном, стала эталоном для всех подобных систем. Именно Эдисон доказал на практике, что электричество может быть эффективным, безопасным и надежным источником энергии для широких масс.
Базирующаяся на использовании постоянного тока система Эдисона положила начало развитию систем выработки и распределения электроэнергии. С ней электричество усилило промышленные мощности, пришло на железные дороги и заменило собой многие устаревшие источники энергии. Если до этого улицы освещались газовыми фонарями, по улицам разъезжали конные повозки, а дома освещались свечами и керосиновыми лампами, то теперь все это заменило собой вездесущее электричество.
Однако вопрос передачи электричества на большие расстояния все еще не был решен. Прорывом стало начало использования переменного тока. Первым это сделала компания Вестингауза. Возможность передачи тока на расстояния в сотни километров сделала электричество самым популярным источником энергии к началу XX века.
Четвертый этап: атом
Расцвет эпохи электричества пришелся на первую половину XX века, однако к 1960-м годам эффективность электростанций практически перестала расти, а спрос на энергию, напротив, становился все выше, что привело к росту цен. Одновременно с этим человечество впервые озадачилось вопросами загрязнения окружающей среды: негативные последствия активного использования угля и нефти становились все заметнее. Все это привело ученых к активным поискам альтернативных источников энергии.
Явление радиации было открыто еще в XIX веке. Работа Марии Складовской-Кюри стала основой для исследований структуры и энергии атома. В 1940 году итальянский физик Энрико Ферми вместе с другими учеными зафиксировал цепную реакцию расщепления атомов и высвобождение огромного количества энергии, которое ее сопровождает. Уже в декабре 1942 года Ферми и его коллеги получили первую контролируемую цепную ядерную реакцию. Их работа заложила основу для последующего стремительного развития ядерной энергетики (но вместе с тем привела и к созданию атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму и Нагасаки).
Ядерная энергия стала первой «чистой» энергией, не загрязняющей окружающую среду, а потому быстро заслужила мировую популярность. В 1970-х годах все развитые страны начали активно строить атомные электростанции.
Новая эра: какой она будет?
Проблема атомной энергетики вскрылась с первыми техногенными катастрофами в этой области: авария на атомной станции в Пенсильвании в 1979 году, затем Чернобыль в 1986-м. Это заставило человечество вновь сосредоточиться на поиске альтернативных источников энергии.
Сегодня успешно ведутся и активно внедряются в жизнь разработки в области использования энергии солнца, ветра, биомассы. Поиски источников энергии никогда не потеряют актуальность для человечества, и сегодня множество блестящих ученых работает над тем, чтобы найти новые безопасные, надежные и экологичные способы обеспечить энергией растущее население Земли.