Kiekvienas gyvas padaras yra priklausomas nuo vienos ar kitos energijos rūšies. Be energijos negali vykti cheminės reakcijos gyvų padarų ląstelėse, todėl be jos nebūtų ir gyvybės. Žmogus yra įdomesnis dalykas. Jis naudoja energiją ne tik tam, kad išliktų gyvas, bet ir kad patenkintų savo poreikius. Todėl savo darbe pristatysiu žmogaus šiandien naudojamus ir ateities energijos šaltinius.

Saulės energija

Saulės energija atrodo gana naujas energijos šaltinis, tačiau saulės energiją žmogus naudoja ilgiau už bet kokią kitą energijos rūšį. Skamba keistai? Deja, tai yra tiesa. Saulė duoda energijos augalams, kad šie palaikytų savo gyvybinius procesus. Augalai privalo daugintis, todėl sirpina vaisius, o šiuos ėda gyvūnai, kuriuos žmonės medžiojo. Tokiu būdu žmogus pasisavindavo saulės energiją. Išgauti elektros energiją iš saulės mokame taip pat gana seniai. Pirmieji bandymai saulę naudoti elektrai gaminti atlikti XIX amžiaus pabaigoje. Tačiau šią sritį išstūmė smarkiai atpigusi akmens anglis.

Po kurio laiko vėl bandyta industrializuoti saulės energiją, tačiau tai sustabdė pirmasis Pasaulinis karas ir naujas bei pigus energijos šaltinis – nafta. Prabėgo ne vienas dešimtmetis, kol saulės energija buvo vėl pradėta naudoti. Saulės energijos naudojimą paskatino kosminės lenktynės tarp SSRS ir JAV. Priežastis yra ta, kad atvirame kosmose nėra nei vėjo, nei tekančio vandens, nei gali reaguoti anglies pagrindo kuras. Kosmose nėra nakties, todėl buvo galima gauti pakankamai energijos, naudojant saulės baterijas.

Saulės energija turi savų minusų. Žemėje išgauti saulės energiją trukdo blogi orai, sniegas, naktis bei saulės baterijų neefektyvumas. Šiuolaikinės saulės baterijos naudingumo koeficientas tėra 11 %, nors mokslininkai dirba ir teigia pasiekę beveik 40 % efektyvumą. Būtų naudinga įrengti saulės elektrines mėnulyje aplink pusiaują. Tokiu atveju butų galima gauti pastovią energiją ją siunčiant radijo bangomis į žemę. Daugiausiai saulės energijos išgauna Europa.

Akmens anglys

Akmens anglis yra vienas iš ilgiausiai naudojamų energijos šaltinių. Manoma, kad akmens anglis buvo pradėta naudoti Kinijoje prieš 3000 m., o Romos imperijoje anglimi kūrentos krosnys metalams lydyti. Jungtinėje Karalystėje akmens anglis pradėta naudota jau XII a.

Akmens anglies gavyba suklestėjo išradus garo katilą. Nors akmens anglis yra vienas iš pigiausių energijos šaltinių, tačiau turi labai daug minusų. Kaip ir kiti anglies pagrindo degalai, anglis išskiria nemažai anglies dioksido, kuris šildo kilimatą ir kenkia planetai. Kai akmens anglis naudojama elektros gamybai, ji susmulkinama ir sudeginama.

Gauta šiluma naudojama vandens garų gamyboje, o pastarieji suka elektros generatorius. Toks būdas naudojamas pagaminti 40 % pasaulyje suvartojamos elektros energijos. Iš akmens anglies galima gaminti benziną, dyzeliną, metanolį ir kitus organinius junginius. Šiuo metu akmens anglies daugiausiai sudegina Kinija ir Indija.

Nafta

Nafta yra labiausiai naudojamas energijos šaltinis pasaulyje. Tai aliejingas anglies pagrindo skystis, kurį galima perdirbti į įvairiausius dalykus: benziną, dyzeliną, žibalą, mazutą, gumą, net asfaltą. Šis skystis pramintas „juoduoju auksu“, nes yra gana brangus. Todėl šalys kurios išgauna naftą gauna didžiules pajamas.

Ypač labai praturtėjo Arabijos pusiasalio šalys. Ši medžiaga yra gana kenksminga, nes sudeginus naftos produktus išskiriama labai daug anglies dioksido kuris šildo aplinką. Daugelis valstybių sukūrė savo ekonomikas vien iš naftos, kitos valstybės yra labai priklausomos nuo naftos.

Deja, kaip ir daugelis kitų medžiagų, nafta nėra greitai atsinaujinantis energijos šaltinis. Pasibaigus naftai, pasaulis gali patirti didžiulę krizę dėl degalų poreikio. Mokslininkai yra sukūrę biodizeliną, kuris yra pigesnis ir mažiau teršia aplinką. Jis galėtų pakeisti iš naftos išgaunamus degalus, tačiau jo irgi reikės atsisakyti, nes tarša kelia grėsmę. Daugiausiai naftos suvartoja JAV.

Gamtinės dujos

Gamtinės dujos – natūraliai susidariusių degiųjų dujų mišinys, naudojamas kaip kuras. Dažnai gamtinės dujos vadinamos tiesiog dujomis. Gamtinės dujos daugiausia sudarytos iš metano (CH4). Dujos randamos naftos telkiniuose, atskiruose gamtinių dujų telkiniuose, taip pat maži gamtinių dujų kiekiai gali susidaryti akmens anglies šachtose. Kaip nafta ir akmens anglis, gamtinės dujos yra fosilinis kuras, t. y. eksploatuojant telkinius jų kiekis Žemėje mažėja.

Yra dvi teorijos aiškinančios gamtinių dujų atsiradimą. Viena teorija sako, kad gamtinės dujos susidarė iš organizmų, gyvavusių Žemės geologinėje praeityje. Organizmams žuvus, veikiant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui, esant anaerobinėms sąlygoms dalis organinės medžiagos virto metanu ir susikaupė kolektoriuose, t. y. gamtinių dujų telkiniuose. Pagal kitą teoriją, metano visą laiką buvo Žemėje ir jis palaipsniui kyla iš žemės gelmių, laikinai užsilaikydamas kolektoriuose. Palyginus su nafta ir akmens anglimi, dujos yra ekologiškesnis kuras.

Joms degant išsiskiria mažiau teršalų – anglies dvideginio 30 % mažiau, nei deginant naftą, 45 % mažiau, nei deginant akmens anglį. Taip pat išsiskiria mažesni azoto ir sieros oksidų kiekiai. Kai kuriose šalyse suspaustos gamtinės dujos naudojamos kaip automobilinis kuras. Gamtinės dujos ir namų ūkyje: valgio gamybai, šildymui, šaldymui. Gamtinės dujos naudojamos elektros energijos gamyboje. Gamtinės dujos naudojamos kaip pigus energijos šaltinis įvairiose kitose pramonės šakose. Daugiausia gamtinių dujų yra sunaudojama Rusijoje, JAV, Kinijoje ir Europos Sąjungoje.

Vėjo bei vandens energija

Vėjas bei vanduo jau seniai žinomi, kaip nebrangūs energijos šaltiniai. Tiek vieno, tiek kito principas yra mechaninė energija. Vėjo energija yra naudojama vėjo malūnuose, vėjas suka malūno sparnus, o šie girnas, taip būdavo malami grūdai. Dabar vėjas suka elektros generatorių, kuris ir gamina elektros srovę. Tačiau ši energijos rūšis turi trūkumų.

Vėjo malūnai priklausomi nuo vėjo stiprumo, nėra vėjo – nėra ir energijos. Patys malūnai skleidžia didelį garsą, kuris erzina netoliese gyvenančius žmones ir išblaško vietinę fauną.

Vanduo energijai naudojamas panašiai, visai kaip vėjo malūnų, tačiau patį malūną suka ne vėjas, o tekantis ar krintantis vanduo. Vandens malūnai irgi būdavo naudojami grūdams malti, o vėliau malūnų principų buvo paremta pirmoji tekstilės pramonė Didžiojoje Britanijoje. Šiuo metu vandens energija naudojama hidroelektrinėse.

Pastatomos didelės užtvankos, kad prisikauptų daug vandens, tada krintantis vanduo suka turbinas, o šios generuoja elektros energiją. Didžiausi vandens energijos trūkumai yra tas, kad užtvankose susikaupęs vanduo gali užtvindyti didelius dirbamos žemės plotus ir sutrikdyti vietinių žuvų gyvenimą.

Branduolinė skilimo ir sintezės energija

Kai kasnors pasako žodžius „branduolinė energija“ iškart pagalvoja apie Černobilio atominę elektrinę. Ši elektrinė yra vieno tipo – branduolio skilimo reakcijos elektrinės, tačiau egzistuoja ir kitas branduolinės energijos būdas – branduolinė sintezė.

Branduolio skilimas yra šiuo metu labai plačiai pritaikytas energijos gavimo būdas, o jos principas paprastas: neutronai yra paleidžiami visu greičiu lėkti į sunkiuosius redioaktyviuosius metalus, tokius kaip uranas ar plutonis. Neutronai patekę į minėtus metalus, padaro juos nestabilius, t. y. priverčia juos greičiau skilti ir išleisti nemažai energijos bei dar daugiau neutronų, kurie tęsia susidūrimus su kitais elementais ir taip palaiko grandininę reakciją. Išsiskyręs karštis užvirina vandenį, kuris virtęs garais suka turbinas ir gamina elektros energiją. Iš tiesų, branduolio skilimo reakcijos elektrinės yra vienas iš saugiausių ir švariausių energijos gavimo būdų.

Per bene šimto metų istoriją, kol naudojame tokio tipo branduolinę energiją, tebuvo du rimti incidentai. Neigiamybė yra branduolinės atliekos, kurios yra radioaktyvios ir kelią grėsmę visiems. Todėl atliekos yra slepiamos giliai po žeme specialiose saugyklose. O štai branduolio sintezės reakcijos elektrinių dar nėra. Šių elektrinių principas yra panašus į saulės: saulė nedega, o švyti.

Du lengvi vandenilio atomai dėl didžiulio karščio ir slėgio yra sujungiami į vieną atomą, kol susidaro helis. Tokio susijungimo metu išsiskiria nepaprastai daug energijos ir, jei sugebėtume pažaboti „žvaigždžių energiją“, galėtume visą planetą aprūpinti neribotais energijos kiekiais.

Tiesą sakant, žmonės jau yra atlikę tokių bandymų žemėje, tačiau šiuo metu į tą reakciją reikia įdėti daugiau energijos, nei gaunam iš reakcijos, tačiau bėgant dešimtmečiams turėtume įvaldyti ir šią energijos rūšį. Kiek vėliau galėtume kasti helio-3 izotopus iš mėnulio ir taip apsirūpinti energija. Galimas daiktas, kad sintezės reaktoriai būtų saugiausias būdas išgauti energiją, incidento atveju tereikėtų nutraukti reakciją ir viskas. Daugiausiai branduolinės energijos pagamina Prancūzija.

Gravitacija

Taip, mes galime išgauti energijos ir iš gravitacijos. Kaip bebūtų keista, bet žmonės gravitaciją energijai naudojo tūkstančius metų, tačiau elektros negamino iki šių dienų. Pavyzdžiui, Salizburyje, Jungtinėje Karalystėje gravitacija leido veikti katedros bokšto laikrodžiui.

Principas yra tas, kad besileidžiantis svoris lėtai išsuka krumpliaračius, kurie greičiau išjudina kitus, o šie dar kitus. Kad greitis būtų reguliuojamas, yra naudojamas stabdys, kuris sinchronizuoja sukimąsi taupydamas potencinę energiją. Visas mechanizmas suka laikrodžio rodykles.

Tas pats principas yra naudojamas senuose švytuokliniuose laikrodžiuose, dabar elektros gamybai šis mechanizmas yra smarkiai sumažintas. Skirtumas tik tas, kad užuot sukęs laikrodžio rodykles, mechanizmas suka mažą generatorių, kuris nepagamina daug energijos. Tačiau įžiebti LED lemputę elektros kiekio pakanka.

Materijos savaiminė energija arba E = mc²

Man pati įdomiausia energijos rūšis – materijos savaiminė energija. Yra žinoma, kad masė nėra tik kūno kriterijus. Masė yra kitokia energijos rūšis, nei potencinė ar kinetinė.

Nesupraskit manęs tiesiogiai, aš ir pats nevisai suprantu, kas iš tiesų yra masė, bet esmė ta, kad kiekvienas masę turintis kūnas turi nepaprastai daug energijos.

Energijos kiekį galima sužinoti naudojantis populiariausia fizikos lygtimi E = mc², kai E yra energija, m yra masė, o c² yra šviesos greičio kvadratas. Todėl kyla klausimas, kaip tą energiją galima išgauti?

Kiek žinau, tėra vienas būdas. Reikia antimaterijos. Antimaterija tai lygiai toks pat dalykas kaip ir materija. Skirtumas yra tas, kad skiriasi elementariųjų dalelių krūviai. Elektronas turi neigiamą krūvį, o elektrono anti-dalelė yra vadinama pozitronu. Pozitronas turi teigiamą krūvį. Tas pats yra ir su protonu.

Protono anti-dalelė yra vadinama – anti-protonu. Norint išgauti visą materijoje esančią energiją reikia leisti materijai ir antimaterijai susiliesti. Šios dalelės iškart sunaikina viena kitą ir tuo metu išskiriama neregėtas kiekis energijos ir šviesos kvantas.

Energijos tvermės dėsnis sako, kad energija negali būti nei sukurta, nei sunaikinta, ji tegali keisti formą. Todėl materijos savaiminės energijos principas neneigia fizikos dėsnių. Kas yra žaidę kultinę kosminę sagą „Mass Effect“ arba yra labai giliai pasinėręs į fizikos mokslą, tas yra girdėjęs apie teorinį elementą pavadinimu „Elementas – 0“.

Šis elementas pagal idėją turėtų būti sudarytas iš vieno elektrono ir vieno pozitrono, kurie suktųsi apie bendrą masės centrą. Suslėgus šį teorinį elementą, pradėtų vykti reakcija. Monetos dydžio antimaterijos užtektų nulėkti iki Marso nepaprastai greitai. O naudojant daugiau šios medžiagos būtų galima manipuliuoti erdve ir lėkti bet kur į visatą. Bėda ta, kad visatoje, yra labai mažai antimaterijos. Todėl ją reikia susintetinti, o tai yra labai lėtas ir brangus procesas naudojant šių dienų technologijas.

Viską apibendrinant galima pasakyti, kad žmonės sugalvoja labai daug būdų, kaip išgauti energiją. Daugiausiai energijos išgaunantys būdai dar nėra galutinai suprasti ir pritaikyti, tačiau laikas bėga ir technologijos smarkiai žengia į priekį, todėl galime turėti vilties, kad netrukus egzistuos švarus energijos išgavimo būdas ir jos netrūks niekam.

Šaltiniai:

• https://lt.wikipedia.org/wiki/Akmens_anglis
• https://lt.wikipedia.org/wiki/Nafta
• https://lt.wikipedia.org/wiki/Gamtin%C4 %97s_dujos
• https://www.youtube.com/watch?v=Jsc-pQIMxt8 Gravitacija energijai
• https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_coal_production
• https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_oil_consumption
• https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_natural_gas_consumption
• https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_by_country
• https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_electricity_production_from_renewable_sources
• https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_by_country

Ąžuolas Paulikas

Komentarai (0)