Η ιστορία της ενέργειας

Παρελθόν.

Ένα από τα πρώτα προβλήματα του ανθρώπου ήταν η θέρμανση. Ως γνωστό ο πλανήτης παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας που μεταβάλλονται στον χρόνο (χειμώνας – καλοκαίρι) και ανά τόπο (ισημερινός – πόλοι). Αυτό επηρεάζει τον τρόπο ζωής και οδηγεί στην μετανάστευση πολλών ειδών ζώων. Στον άνθρωπο η θερμοκρασία του περιβάλλοντος έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εξάπλωση και εξέλιξή του. Ως είδος εξελιχθήκαμε σε τροπικές περιοχές όπου οι θερμοκρασίες γενικά κυμαίνονται πάνω από 18^οC Για αυτό το λόγο άνετη θερμοκρασία για τον άνθρωπο θεωρείται η θερμοκρασία μεταξύ 20-25 ^οC.

Ενώ στην ζέστη ως είδος είμαστε σχετικά ανεκτικοί, στο κρύο είμαστε ποιο ευάλωτοι. Η πρώτες λοιπόν προσπάθειες του ανθρώπου ήταν να θερμάνει το χώρο όπου ζει. Εδώ το πρόβλημα έλυσε η καύση. Η καύση ουσιαστικά είναι μια εξώθερμη χημική αντίδραση μεταξύ δύο ενώσεων, του καυσίμου και του οξειδωτικού.

Για καλή μας τύχη και τα δύο υλικά υπάρχουν άφθονα στην φύση. Τα πρώτα καύσιμα του ανθρώπου ήταν τα ξύλα ενώ το οξειδωτικό το οξυγόνο. Αυτό που έμαθε ο άνθρωπος είναι πώς να την δημιουργεί. Η φωτιά που δημιουργείτε κατά την καύση ήταν και είναι από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις του ανθρώπου. Ζεσταίνει, παράγει φως, ψήνει, το φαγητό και διώχνει και τα άγρια ζώα. Όλα αυτά μαζί. Τι άλλο θα μπορούσε να θέλει ο άνθρωπος...

campfire Photo by Robson Hatsukami Morgan on Unsplash

Η φωτιά ήταν τόσο επιτυχημένη εφεύρεση που μέχρι και πριν 2 αιώνες αποτελούσε τον μοναδικό τρόπο θέρμανσης, μαγειρέματος και φωτισμού. Σίγουρα οι συσκευές που την χρησιμοποιούσαν είχαν εξελιχθεί, διαφορετικά καύσιμα άρχισαν να χρησιμοποιούνται αλλά οι αρχές λειτουργίας ήταν ίδιες.

fireplace Photo by Stephane Juban on Unsplash lantern Photo by Jeremy Bishop on Unsplash cooked meat Φωτογραφία από τον χρήστη samer daboul στο Pexels

Το παρόν.

Αν και πολύ σημαντική εφεύρεση η φωτιά δεν έλυσε όλες τις ανάγκες του ανθρώπου. Για πολλές εργασίες όπως καλλιέργεια της Γής, μεταφορά προϊόντων, επεξεργασία πρώτων υλών χρησιμοποιούνταν σκλάβοι η ζώα.

Εδώ και 2 αιώνες έγινε κάτι σημαντικό. Η θερμική ενέργεια που απελευθερώνει η καύση μπόρεσε να μετατρέπει μέσω κατάλληλων μηχανών σε κινητική ενέργεια. Οι μηχανές αυτές (ΜΕΚ, στρόβιλοι, αέριο - ώθητήρες, πυραυλο – ωθητήρες) χρησιμοποίησαν την θερμική ενέργεια μέσω κατάλληλων διατάξεων (έμβολα – στροβίλους- συμπιεστές κλπ) για να την μετατρέψουν σε κίνηση, συνήθως κυκλική κίνηση ενός άξονα. Η φωτιά πλέον πέραν του να μαγειρεύει και να παράγει φως και θερμότητα μπορούσε μέσω κατάλληλων μηχανών να μετακινεί αντικείμενα. Τα τρένα και τα αυτοκίνητα αντικατέστησαν τα ζώα, τα τρακτέρ και οι μηχανές αλωνίσματος αντικατέστησαν την ανθρώπινη εργασία στα χωράφια.

Περίπου αυτή την εποχή ήρθε και ο ηλεκτρισμός ο οποίος εκμεταλλεύτηκε την κινητική ενέργεια που παρήγαγε η καύση και την μετέτρεψε (μέσω των γεννητριών) σε ηλεκτρική. Η ηλεκτρική ενέργεια με την σειρά της μπορεί να μετατραπεί σε φως, θερμότητα κίνηση κλπ.

Αυτές οι νέες χρήσεις της καύσης, εκτόξευσαν τόσο της δυνατότητες μας όσο και τις απαιτήσεις μας σε ενέργεια. Κατά συνέπεια αυξήθηκε και η ζήτηση σε πρώτες ύλες δηλαδή καύσιμα. Τα ξύλα δεν ήταν πλέον αρκετά για την παραγωγή της ενέργειας που χρειαζόταν. Έτσι χρησιμοποιήθηκαν άλλα καύσιμα ποιο αποδοτικά. Τα ποιο διαδεδομένα καύσιμα ακόμα και σήμερα είναι οι υδρογονάνθρακες (πετρέλαιο, υγραέριο, φυσικό αέριο και τα παράγωγά τους.)

Ο πολιτισμός μας σήμερα αν και χρησιμοποιεί πολλές μορφές ενέργειας, η κύρια πηγή είναι η καύση υδρογονανθράκων.

Κάθε νόμισμα όμως έχει δύο πλευρές. Η αρνητικές επιπτώσεις της υπερβολικής καύσης άρχισαν να φαίνονται και νέα προβλήματα οικολογικής φύσεως που μέχρι πρότινος ήταν άγνωστα άρχισαν να προκύπτουν. Η καύση παράγει διοξείδιο του άνθρακα και αρκετά άλλα παράγωγα ανάλογα των υλικών που καίγονται. Το διοξείδιο του άνθρακα από το πετρέλαιο που καίμε εδώ και 2 αιώνες είναι ο κύριος ύποπτος της υπερθέρμανσης του πλανήτη που παρατηρείτε. Επιπλέον δημιουργεί την όξινη βροχή η οποία είναι αρκετά καταστρεπτική για το οικοσύστημα. Εκτός αυτού άλλοι ρύποι που χρησιμοποιούνται ή υπάρχουν στα καύσιμα όπως μόλυβδος και θειούχες ενώσεις, είναι τοξικές. Όλα αυτά απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα και ανατρέπουν την φυσιολογική ισορροπία του πλανήτη.

Για τον λόγο αυτό τα τελευταία χρόνια γίνεται μια προσπάθεια εύρεσης εναλλακτικών μορφών ενέργειας βασιζόμενες κυρίως στον ήλιο και τον αέρα.

Η ηλιακή ενέργεια μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε ηλεκτρική μέσω των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η κίνηση που χρειάζονται οι γεννήτριες για να παράγουν ηλεκτρισμό μπορεί να δημιουργηθεί από τον αέρα (ανεμογεννήτριες) από την ορμή του νερού (υδροστρόβιλοι), και από πολλά άλλα φυσικά φαινόμενα (παλίρροιες, κύματα κλπ). Η πυρηνική ενέργεια επίσης δεν απελευθερώνει επιβλαβή αέρια στην ατμόσφαιρά, είναι πάρα πολύ αποδοτική και τα παραπροϊόντα της (πυρηνικά απόβλητα) μπορούν να αποθηκευθούν με ασφάλεια. Τα πυρηνικά εργοστάσια παράγουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο ηλεκτρισμός που παράγεται με τις παραπάνω «οικολογικές» μεθόδους μπορεί να μετατραπεί εύκολα σε κάθε άλλη μορφή ενέργειας καλύπτοντας τις ανάγκες του πολιτισμού μας. Έχουμε λοιπόν μια αλλαγή της κύριας πηγής ενέργειας από την καύση στον ηλεκτρισμό.

Το μοντέλο αυτό είναι ποιο φιλικό στο περιβάλλον, έχει όμως αρκετά μειονεκτήματα. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν μέγιστο χρόνο ζωής περίπου 25 χρόνια μετά την πάροδο των οποίων αποτελούν σκουπίδια, πολλές φορές με τοξικά υλικά. Οι ανεμογεννήτριες έχουν και αυτές οικολογικές επιπτώσεις ειδικά σε πτηνά. Η πυρηνική ενέργεια έχει σοβαρές και μακροχρόνιες καταστρεπτικές συνέπειες σε περίπτωση ατυχήματος η μη σωστής διαφύλαξης των αποβλήτων της. Επιπλέον τα πυρηνικά απόβλητα δεν είναι δυνατόν να επεξεργαστούν, και παραμένουν επικίνδυνα για πάρα, πάρα πολλά χρόνια.

Το κυριότερο πρόβλημα όμως αποτελεί η αδυναμία μας να αποθηκεύσουμε την ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες ποσότητες. Σε αντίθεση με τα υγρά καύσιμα ο ήλιος, ο αέρας τα κύματα κλπ δεν είναι σταθερές πηγές ενέργειας. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα π.χ. μπορεί να παράγει μεγάλες ποσότητες ηλεκτρισμού σε ηλιοφάνεια και καθόλου την νύχτα. Οι απαιτήσεις σε ενέργεια όμως είναι συνεχόμενες. Μπορεί το φωτοβολταϊκό σύστημα κατά την μέρα να τις υπερκαλύπτει, την νύχτα όμως η παραγωγή ενέργειας μηδενίζεται. Αν μπορούσαμε να αποθηκεύσουμε την επιπλέον ενέργεια που παράγεται κατά την διάρκεια την ημέρας θα μπορούσαμε να την χρησιμοποιούσαμε την νύχτα. Λόγω όμως αυτής της αδυναμίας μας οι διακυμάνσεις αυτές στην παραγωγή δημιουργούν κενά τα οποία δεν είναι αποδεκτά στον ενεργοβόρο πολιτισμό μας.

Εξαίρεση στα παραπάνω αποτελεί μόνο η πυρηνική ενέργεια. Ένα πυρηνικό εργοστάσιο μπορεί να δουλεύει συνέχεια με μικρές διακοπές κάθε μερικά χρόνια για ανεφοδιασμό. Σε συνδυασμό με την μικρή οικολογική επιβάρυνση του (σε κανονικές συνθήκες) πολλοί πιστεύουν ότι η πυρηνική ενέργεια αποτελεί την μόνη υπάρχουσα βιώσιμη οικολογική μορφή ενέργειας.

Μπορεί για αρκετούς να φαίνεται παράδοξο το γεγονός της στροφής στην πυρηνική ενέργεια για οικολογικούς λόγους, όμως υπό το πρίσμα των στατιστικών η πυρηνική ενέργεια αποτελεί την ποιο ασφαλή μέθοδο σε πολλούς τομείς. Δεν παύει βέβαια να αποτελεί αμφιλεγόμενο ζήτημα με πολύ καλά επιχειρήματα και από τις δύο πλευρές.

Το μέλλον.

Ο στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε μια πηγή ενέργειας η οποία θα μπορεί να παράγει μεγάλες ποσότητες, συνεχόμενα, και με μηδενικό οικολογικό αντίκτυπο.

Μία μέθοδος που υπόσχεται πολλά είναι η θερμοπυρηνική σύντηξη. Αν και εδώ και αρκετά χρόνια διενεργούνται έρευνες έως τώρα δεν υπάρχει αντιδραστήρας σύντηξης που να μπορεί να παράγει ενέργεια.

Παρόλα αυτά υπάρχει έντονη αισιοδοξία ότι σχετικά σύντομα τα τεχνικά προβλήματα θα λυθούν και θα μπορέσουμε να παράγουμε πολύ μεγάλες ποσότητες ενέργειας με ασφάλεια και χωρίς καμία οικολογική επίπτωση.