Енергетика
Ключовим чинником розвитку енергетичної галузі в майбутньому стане питання зниження згубного впливу на довкілля. З’являтимуться принципово нові екологічно чисті джерела енергії та ефективніші енергонакопичувачі. Значного поширення набуватимуть відновлювані джерела енергії: сонячне світло, вітер, рух води в річках, припливи й відливи в морях та океанах, термальні джерела, морські хвилі. Крім того, провідну роль у забезпеченні дедалі більших енергетичних потреб людства відіграватиме термоядерна енергетика.
ПЕРСПЕКТИВНІ ПРОФЕСІЇ
Інженер альтернативної енергетики
Конструктор переносних енергопристроїв
Розробник систем енергопередачі
Інженер альтернативної енергетики
З моменту освоєння людством вогню (за оцінками науковців це сталося близько мільйона років тому) як паливо почали використовувати природні ресурси. Спочатку це був хмиз, потім — дрова, а відтак — викопне паливо: торф, вугілля, газ, нафта. Крім обігрівання житла і приготування їжі паливо застосовували в процесі плавлення металів і випалювання глини. А набагато пізніше — після винаходу теплових двигунів і відкриття електрики — споживання горючих ресурсів зросло в десятки разів.
Внаслідок стрімкого розвитку промисловості збільшувалися й обсяги видобутку викопного палива. Але на певному етапі людство усвідомило, що запаси вугілля, нафти й газу у природі не безмежні. До того ж надлишки в атмосфері вуглекислого газу, виділенням якого супроводжується горіння, призводять до незворотної зміни клімату на планеті, що може закінчитися катастрофою для людської цивілізації.
Науковці почали пропонувати нові джерела енергії, які можна використовувати замість традиційного природного палива. Такі енергоресурси дістали назву «альтернативні», тобто ті, що висуваються на заміну. Сьогодні вже нікого не здивуєш сонячними батареями і вітряними електростанціями, які використовують для продукування електрики енергію світла та вітру відповідно. Крім того, для отримання електрики люди починають послуговуватися енергією припливів та відливів, а також морських хвиль, різницею температур на поверхні і глибині Світового океану, теплом надр Землі, блискавками й навіть енергією конденсації вологи з атмосфери.
Окремо варто згадати про атомну енергетику, яка також є одним із напрямків альтернативного енергопостачання. За умови правильної експлуатації цей спосіб добування електроенергії надзвичайно ефективний та екологічно чистий. Однак, як показали аварії у Чорнобилі й Фукусімі, помилки в цій галузі мають катастрофічні наслідки.
Завдання інженера альтернативної енергетики полягатиме в пошуку оптимальних рішень для забезпечення електроенергією конкретної території, з урахуванням усіх її особливостей. Цей фахівець працюватиме над тим, щоб процес енергозабезпечення був максимально ефективним та рентабельним і водночас не завдавав шкоди навколишньому середовищу.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• проводити досліди з фізики;
• дбати про довкілля;
• мріяти, як зміниш життя на планеті на краще.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Інженер-електроенергетик — фахівець із забезпечення електрикою населених пунктів. Прораховує потребу в електроенергії, проєктує електромережі й керує їхнім створенням, забезпечує безперервне функціонування уже наявних електромереж.
Електрохімік — фахівець із хімічних реакцій, внаслідок яких виробляється електрика. Крім розробки акумуляторних батарей і гальванічних елементів живлення (батарейок), займається процесами поділу речовини на окремі елементи (електроліз) або нанесення покриття на метали (гальванізація).
Електромонтажник — фахівець із монтажу, налагодження та обслуговування електричних мереж і пов’язаного з ними обладнання.
Інженер-термоядерник
Завдяки дослідженням у галузі ядерної фізики науковці відкрили нові способи добування колосальної кількості енергії з невеликого обсягу речовини. Процес, коли важке атомне ядро розпадається на кілька легких, дістав назву «реакція поділу». Такі реакції нині застосовуються на атомних електростанціях. У разі виходу процесу з-під контролю стається ядерний вибух, який не лише завдає масштабних руйнувань, але й забруднює довкілля радіоактивними елементами на багато сотень років. Це їхній значний недолік.
За іншого способу атомні ядра не діляться, а навпаки — зливаються одне з одним. При цьому виділяється ще більше енергії, ніж за реакції поділу. Проте сам процес пов’язаний з певними труднощами. У звичайних умовах атомні ядра мають однакові заряди, тому відштовхуються одне від одного. Щоб подолати це відштовхування, потрібно розігнати частинки ядер до надзвичайно високих швидкостей. Зовні це проявлятиметься як надвисока температура — кілька мільйонів градусів. Саме тому реакції злиття атомних ядер називаються термоядерними.
Цікаво, що кожен із нас багаторазово спостерігав термоядерну реакцію: сонце на небі — чудовий приклад такого процесу. Власне відкриття термоядерного синтезу безпосередньо пов’язане з вивченням зірок. Ще в 1920 році британський астрофізик Артур Еддінгтон уперше спробував пояснити природу зірок, висловивши припущення, що джерелом їхньої нескінченної енергії є перетворення (синтез) водню на гелій.
Ідея використати термоядерний синтез як джерело енергії прозвучала на початку 1950-х років. Головний недолік і водночас головна перевага термоядерної реакції — те, що вона може відбуватися самостійно, без зовнішнього впливу. Добра новина: за будь-якого збою реакція просто припиняється, а не призводить до катастрофи, як реакції ядерного поділу. Проблема полягає в тому, що в земних умовах напрочуд складно створити «штучне сонце».
Для утримання «киплячого бульйону» з атомів — плазми — 1957 року дослідники розробили спеціальну установку у формі величезного бублика, по-науковому — тороїдальну камеру з магнітними котушками, або скорочено токамак. Однак і дотепер нікому не вдалося підтримувати процес достатньо довго, щоб енергії, що виділяється, було більше, ніж витрачається на запуск реакції.
Станом на сьогодні у розробці технологій термоядерного синтезу ведуть перед науковці з Китаю. Їм удалося підтримувати хмару розігрітої майже до 50 мільйонів градусів плазми протягом 102 секунд. За прогнозами фахівців, перші промислові термоядерні реактори з’являться не раніше, ніж за десять років. Хай там як, а на високоефективну, безпечну й екологічно чисту термоядерну енергетику покладаються чималі надії. Фахівці у цій галузі — інженери-термоядерники — допоможуть успішно впоратися з енергетичними проблемами людства.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• проводити досліди з фізики;
• читати про нові відкриття в галузі фізики;
• довго сидіти на одному місці, займаючись улюбленою справою.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Фізик-дослідник — науковець, який займається вивченням структури і властивостей природи на різних рівнях її організації. Шукає шляхи вирішення проблем, поставлених перед сучасною наукою. Розробляє нові методи досліджень. Порівнює теоретичну основу з практичними результатами експериментів.
Інженер з ядерної фізики — фахівець із процесів, що відбуваються з атомними ядрами речовини. Займається організацією надійної та безпечної експлуатації обладнання атомних електростанцій і дослідницьких інститутів. Стежить за виконанням технічних регламентів під час проведення ремонтів та обслуговування ядерних установок.
Фізик-лаборант — фахівець із підготовки матеріалів та обладнання до проведення досліджень, аналізів чи експериментів. Здійснює добір проб, веде протоколи випробувань. Стежить за дотриманням правил техніки безпеки.
Конструктор переносних енергопристроїв
Щодень дедалі більшої популярності набувають різноманітні переносні пристрої — фітнес-браслети, розумні годинники, інтерактивні окуляри, GPS-навігатори, MP3-плеєри, електронні книжки. Смартфонами нині користується понад 75 % населення нашої планети. Головний загальний недолік усіх цих гаджетів та аксесуарів, на думку більшості їхніх власників, — потреба в регулярному заряджанні.
Звісно, люди не вперше стикаються з такими незручностями. Кишеньковий, а потім і наручний механічний годинник також потребували регулярного заведення. Чого лишень не вигадували майстри, щоб позбавити власників годинників цієї щоденної процедури. Вони примудрялися виготовляти годинники, що працювали без заведення цілісінький місяць, придумували механізми автозаведення, які стискали ходову пружину від рухів руки. А потім винайшли кварцовий годинник, здатний функціонувати від крихітної батарейки протягом років, і всі нарешті полегшено зітхнути.
Сучасні гаджети з мініатюрними мікрокомп’ютерами (процесорами) та кольоровими сенсорними дисплеями потребують набагато більше енергії, ніж електронний годинник. Тому варто шукати принципово нових варіантів вирішення проблеми їхньої постійної прив’язки до зарядних пристроїв. Фахівці бачать вихід у появі переносних енергопристроїв — компактних, можливо, навіть убудованих в одяг, приладів, що продукують електроенергію, необхідну для постійної підзарядки гаджетів.
Конструктор переносних енергопристроїв братиме до уваги всі наявні технології мікрогенерації електроенергії для створення портативних джерел живлення. Вбудовані в одяг сонячні батареї, мініатюрні елементи, що перетворюють на електрику тепло людського тіла чи енергію рухів рук і ніг у процесі ходьби, — це очевидні способи «звільнення від розеток».
Можливо (і найпевніше) фахівці в цій галузі знайдуть принципово нові рішення, ефективніші й оригінальніші. Імовірно, це буде мініатюрний термоядерний реактор, розміром із сірникову коробку. Або ж джерелом енергії для гаджетів стане пристрій, який передаватиме заряд зі спеціально створеного загального енергетичного поля, доступного в будь-якій точці земної кулі.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• дізнаватися про нові технології та пристрої;
• добре знатися на гаджетах;
• досліджувати різноманітні фізичні явища.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Менеджер з модернізації систем електрогенерації — фахівець, який керує процесом модернізації електростанцій: ТЕЦ, ГЕС, АЕС. Впроваджує інноваційні методи безпеки, ефективності та екологічності на виробництві.
Інженер електричних машин та апаратів — фахівець із виробництва, експлуатації і технічного обслуговування електричних машин, апаратів та установок. Проєктує окремі елементи й вузли електричних агрегатів. Добирає матеріали, комплектувальні складники й технологічне обладнання для виробництва.
Технолог матеріалів сучасної енергетики — фахівець із розробки й упровадження технологічних процесів і методик переробки природної сировини. Відповідає за забезпечення енергетичної галузі безпечними й високоефективними видами енергоресурсів.
Розробник енергонакопичувачів
У XX сторіччі для добування електроенергії повсюдно використовувалося викопне паливо. Нині дедалі частіше йому на зміну приходять відновлювані енергоресурси — сонячне випромінювання, вітер, морські течії тощо. Подібні тенденції спостерігаються і щодо транспорту. Двигуни внутрішнього згоряння, які працюють на вуглеводневому паливі (бензині, дизпаливі чи газі), намагаються замінювати на електромотори чи водневі силові установки, які не виділяють в атмосферу шкідливих речовин.
Що ж заважає повністю відмовитися від видобутку вугілля, нафти й газу? Адже це дало б змогу позбутися масштабних забруднень нашої планети, а що й казати про шкоду, якої завдають у процесі спалювання цього палива…
Річ у тім, що великий недолік альтернативних джерел енергії — це їхня мінливість. Сонце не світить уночі, наявність вітру чи блискавок залежить від погоди, припливи й відливи трапляються раз на добу і таке інше. До того ж, у різні часи такі джерела енергії дають неоднаковий результат: Сонце вдень світить яскравіше, ніж уранці, а вітер може дмухати з різною силою. Електрики ж ми потребуємо цілодобово, та ще й без перепадів потужності.
Щоб вирішити цю проблему, треба якось зберігати надлишок енергії, коли її забагато, щоб використовувати тоді, коли її бракує. Та й автомобіль не заправиш сонячним світлом чи вітром, як бензином. Для всіх цих цілей потрібні енергонакопичувачі — пристрої, які могли б збирати енергію для зберігання і подальшого використання.
Насправді способи зберігання енергії були ще задовго до появи людей. Рослини, подібно до сонячних батарей, перетворюють енергію світла на крохмаль — речовину, яка накопичується в бульбах, плодах та насінні. У результаті хімічних реакцій крохмаль розщеплюється, і енергія, що зберігалася в ньому, передається рослині (або людині, яка з’їла плід цієї рослини). В організмі тварин для зберігання енергії використовується інша речовина — глікоген. Принцип накопичення та зберігання енергії в нього той самий.
Існують інші способи запасання енергії. Велике важке колесо — маховик — накопичує кінетичну енергію, коли його розкручують. Вода, що підіймається догори, накопичує потенційну енергію — падаючи потім згори, вона віддає цю енергію, наприклад, обертаючи ротори турбін гідроелектростанцій. Повітря можна стиснути й помістити в балон, а відтак випустити слушної миті, примушуючи обертатися пропелер генератора. Крім того, всім відомі електричні накопичувачі — акумулятори (від англійської accumulator — накопичувач).
На жаль, наявні сьогодні енергонакопичувачі (й електроакумулятори в тому числі) занадто дорогі й недостатньо ефективні. Саме тому людству навряд чи вдасться повністю відмовитися від викопного палива в найближчому майбутньому. Однак, завдяки розробникам енергонакопичувачів, які постійно удосконалюють уже наявні й вигадують нові способи накопичення і зберігання енергії, енергетика майбутнього стане екологічно чистою, зручною та ефективною. Можливо, колись цим спеціалістам удасться створити ідеальний енергонакопичувач — дешевий і компактний, здатний заряджатися без додаткових пристроїв від будь-яких можливих джерел енергії, а потім протягом тривалого часу забезпечувати електропостачання автомобіля, літака чи будинку.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• розбиратися в різних фізичних явищах;
• збирати електронні конструктори;
• вивчати, як працюють різноманітні електроприлади.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Розробник акумуляторних батарей — фахівець із проєктування електричних акумуляторних батарей. Розробляє технології перетворення електрики на енергію хімічних зв’язків з урахуванням усіх вимог безпечної експлуатації.
Інженер водневої енергетики — фахівець із технологій виробництва, транспортування, акумулювання і використання універсального вторинного енергоносія — водню. Проєктує водневі енергетичні установки та контролює їхній монтаж, налаштування і запуск.
Метеоенергетик — фахівець, який оптимізує виробництво електроенергії з відновлюваних природних ресурсів відповідно до прогнозованих змін клімату. Розробляє методи підвищення ефективності залежних від метеоумов енергоустановок.
Розробник систем енергопередачі
Сьогодні до 10 % електроенергії, яка виробляється на електростанціях, втрачається у процесі транспортування лініями електропередач. Через наявний електричний опір матеріалів частина енергії витрачається просто на нагрівання дротів. До того ж що далі від населених пунктів розміщена електростанція, то більше таких утрат електрики.
А ще буває й так, що прокласти дроти просто неможливо. Наприклад, уже давно існує проєкт добування електроенергії від сонячних батарей, розміщених на навколоземній орбіті. Позаяк там відсутня атмосфера, що поглинає величезну кількість сонячного випромінювання, орбітальна сонячна електростанція зможе отримувати у вісім разів більше світла, ніж на Землі. А правильно обрана орбіта дасть змогу такій станції залишатися освітленою майже цілодобово. До того ж завдяки невагомості розміри панелей сонячних батарей можуть бути завбільшки з футбольне поле, при цьому для їхнього повертання до Сонця не знадобляться габаритні приводні агрегати. Але попри всі очевидні переваги існує проблема передачі отриманої енергії на Землю — дроти тут не стануть у пригоді.
Іноді спеціальні способи передачі енергії потрібні для зручності. Бездротове заряджання мобільних телефонів, яке вже сьогодні пропонується багатьма виробниками, дає змогу обходитися без підключення зарядних пристроїв. Досить просто помістити гаджет на відповідне місце, не переймаючись точним потраплянням. Було б непогано, якби вся побутова техніка — телевізори, холодильники, пилососи — могла обходитися без проводів, чи не так? Набагато зручніше переставити електрочайник чи тостер у будь-яке зручне місце в кухні, ніж шукати розетку поблизу чи простягати подовжувач дротів через усю кімнату.
Розробник систем енергопередачі займатиметься пошуком ефективних рішень описаних проблем. Цей фахівець активно впроваджуватиме технології надпровідності для зменшення втрат електроенергії у дротах, а також розроблятиме способи бездротової передачі електроенергії — мікрохвильовим випромінюванням, лазерами, ультразвуком, методами електростатичної чи електромагнітної індукції. До того ж він обов’язково подбає про те, щоб передача енергії була не лише ефективною, а й не завдавала шкоди довкіллю та здоров’ю людини.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• знатися на різноманітних фізичних явищах;
• збирати електронні конструктори;
• вивчати, як працюють різні електроприлади.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Проєктувальник високовольтних ліній електропередач (ЛЕП) — фахівець із розробки, будівництва та монтажу ліній передачі електроенергії під високою напругою. Прораховує вартість проєкту, орієнтуючись на особливості місцевості, якою прокладатиметься лінія. Керує ремонтом старих ЛЕП.
Інженер з енергоефективності — фахівець з ефективного використання енергетичних ресурсів. Розробляє способи скорочення витрат енергії на виробництві й у побуті. Сприяє впровадженню енергоощадних технологій.
Інженер з бездротових мереж — фахівець із проєктування, монтажу й налагодження бездротових мереж передачі інформації. Забезпечує ефективну й безпечну передачу даних, захищену від атак зловмисників.
Ця стаття з крутого проєкту «Розумний плакат "Навички і професії майбутнього"»! Хочеш дізнатися про нього докладніше? Тоді тисни сюди!
А ще у нас є неймовірно захопливий комплект розумних плакатів «Світ навколо».
204