XINHUA/SIPA USA/EAST NEWS
XINHUA/SIPA USA/EAST NEWS

PRZYSZŁOŚĆ / 09:00,

Nowy, wspaniały świat energetyki

Energetyka rozproszona, przydomowa, panele słoneczne na każdym dachu, ciepło magazynowane latem w podziemnym termosie, żeby ogrzać się zimą - taka jest przyszłość, która już się dzieje. A kiedy opanujemy fuzję jądrową, będziemy mieli zupełnie z górki

W trybie „unplugged”, czyli bez prądu, z powodzeniem funkcjonują w dzisiejszych czasach już tylko muzycy rockowi. I to, niestety, nie wszyscy. Z czasem prądu będziemy potrzebować jeszcze dużo, dużo więcej - nie tylko ze względu na przyrost ludności i rozwój.

Ogrzewanie w coraz mniejszym stopniu opierać się będzie o niezbyt czyste i stopniowo wyczerpujące się paliwa kopalne, tzn. węgiel i gaz ziemny.  Po drogach na całym świecie już dzisiaj jeździ prawie 4 mln samochodów elektrycznych. A liczba ich rośnie w ekspresowym tempie, najszybciej w USA i Chinach.

Skąd brać energię elektryczną, która na to wszystko jest potrzebna?

Święty Graal energetyki

Tradycyjna energetyka jądrowa ciągle budzi obawy i kontrowersje, bo ludzie pamiętają katastrofy w rosyjskim Czarnobylu i japońskiej Fukushimie. Ale marzenie o bezpiecznym i czystym atomie jest możliwe do spełnienia. Świętym Graalem branży energetycznej jest bowiem zaprzęgnięcie do celów cywilnych fuzji termojądrowej. To zjawisko, które powoduje, że gwiazdy świecą, na razie wykorzystywane jest przez ludzkość tylko do destrukcji – w głowicach bomb termojądrowych.

Dla ludzkości byłoby faktycznie jak gwiazdka z nieba, bo w przeciwieństwie do współczesnych elektrowni atomowych, wykorzystujących energię wyzwalaną podczas rozpadu jąder atomów, te oparte na fuzji, a więc łączeniu jąder, staną się bezpieczniejsze. Znikną dwa problemy: zagrożenie skażeniem po ewentualnej katastrofie i składowanie odpadów radioaktywnych (których po prostu nie będzie).

Zaawansowane prace nad fuzją prowadzi wiele ośrodków naukowych. Polscy naukowcy byli zaangażowani w budowę jednego z takich reaktorów – niemieckiego stellaratora Wendelstein 7-X. W jego wnętrzu tworzona jest plazma – czwarty stan skupienia materii osiągalny w ekstremalnie wysokich temperaturach – jak we wnętrzu gwiazd. Machina fuzyjna znajduje się w Greifswaldzie, w Instytucie Maxa Plancka, kilkadziesiąt kilometrów od Szczecina.

Nierozwiązaną kwestią pozostaje jednak wciąż, jak energię wyzwoloną podczas syntezy jądrowej wykorzystać do zasilania urządzeń elektrycznych.

STEFAN SAUER/PAP/EPA

Stellarator Wendelstein 7-X w instytucie Maxa Plancka, czyli urządzenie wytwarzające warunki podobne do tych, jakie zachodzą we wnętrzach gwiazd

STEFAN SAUER/PAP/EPA

Co ciekawe, plazma powstaje nie tylko w głębi reaktorów, ma bowiem udział w zjawisku sonoluminescencji. Pierwszy raz opisano je w latach 30. XX wieku, kiedy dość przypadkowo zaobserwowano, że bąbelki gazów zawieszonych w cieczy poddane wpływowi ultradźwięków emitują rozbłyski światła. Eksperyment fotograficzny – pojemnik z wywoływanym filmem poddano oddziaływaniu ultradźwięków, by szybciej wywołać zdjęcie – przyniósł efekt w postaci kliszy pokrytej jasnymi plamkami.

Dopiero po kilkudziesięciu latach naukowcy doszli do wniosku, że za emisję światła z wnętrza pęcherzyków zawieszonych w płynach odpowiada tworząca się wewnątrz... plazma. Ultradźwięki powodują kurczenie bąbli, gęstnienie gazu i ekstremalne podwyższenie jego temperatury, ale ledwie na ułamek sekundy. Być może zjawisko w przyszłości uda się wykorzystać do wywołania fuzji termojądrowej. W każdym razie wydaje się, że energia wytworzona wskutek imitacji procesów zachodzących wewnątrz gwiazd daje jasną perspektywę na przyszłość.

Pytanie tylko, jak odległą.

- W latach 80. mówiło się, że będziemy energię z fuzji wykorzystywać za czterdzieści lat. Teraz nadal mówi się o czterdziestu latach w przód – przyznaje Mikael Lemström, prezes firmy Fortum Power and Heat Polska.

Energia jest wszędzie

W zasadzie nie potrzebujemy wytwarzać ogromnych ilości energii, skoro ona jest wszędzie dookoła nas i to nawet w nadmiarze. Wystarczy tylko po nią sięgnąć. - Energia, jakiej Słońce dostarcza Ziemi w ciągu mniej niż dwóch godzin, mogłaby zaspokoić potrzeby ludzkości przez cały rok – przekonuje Lemström. Dlatego coraz więcej krajów stawia na energetykę słoneczna.

Przykładem jest kompleks fotowoltaiczny w chińskim Mashang, gdzie panele umieszczono na dachach prawie ośmiuset szklarni (na zdjęciu u góry strony).

 

Gromadzenie energii to to, co nasza planeta robi bez przerwy - przyznaje Mikael Lemström, prezes Fortum Power and Heat Polska

 

Obecnie istniejące ogniwa fotowoltaiczne są ciągle jeszcze stosunkowo mało wydajne. To się jednak może zmienić, jeśli do ich produkcji zaczniemy wykorzystywać - zamiast najpowszechniejszego obecnie krzemu - perowskit. Prace nad ogniwami z tego minerału nie wyszły jeszcze poza fazę koncepcyjną, ale już teraz efektywność jest na poziomie porównywalnym do najbardziej wydajnej krzemowej konkurencji.

Perowskitowe ogniwa mają poza tym jeszcze jedną wielką zaletę - można nimi pokrywać nierówne, a nawet giętkie czy elastyczne powierzchnie. Takie jak tkanina czy papier. Pracują nad tym m.in. polscy naukowcy. Dzięki temu "elektrownią" mogłoby być niemal wszystko co wystawiamy na działanie promieni słonecznych.

Energia Słońca zasila wiele zjawisk przyrodniczych, które już wykorzystujemy w energetyce.

- Gromadzenie energii to to, co nasza planeta robi bez przerwy. Przechowuje ją w biomasie, w strumieniach rzek, w morskich falach, w wietrze. Energia wszędzie tam jest. Chodzi więc o opracowanie technologii do wyciągnięcia jej z tych rezerwuarów wtedy, kiedy tego potrzebujemy. Albo zmagazynowanie jej na później – na mikrosekundy, sekundy, godziny, tygodnie i całe pory roku – wyjaśnia prezes Fortum Power and Heat Polska.

Energia na czarną godzinę

Skoro stawiamy na źródła odnawialne, musimy perfekcyjnie opanować technologię gromadzenia okresowego nadmiaru energii - zeby wykorzystać ją kiedy słońce nie świeci, a wiatr nie wieje. Najpowszechniejsze teraz akumulatory litowo-jonowe ciągle są ulepszane, bo są zbyt kosztowne, by stać się powszechnym źródłem zasilania domów. Ale naukowcy i inżynierowie szukają nowych pomysłów.

Jednym z nich jest wykorzystanie jonów sodu. Akumulatory sodowo-jonowe – wciąż będące w fazie eksperymentalnej – mogą się w przyszłości okazać bardziej opłacalną alternatywą. Sód, który znajduje się na przykład w soli kuchennej, jest pierwiastkiem znacznie bardziej powszechnym, a więc tańszym od litu.

POLARIS/EAST NEWS
Największa bateria litowo-jonowa świata skonstruowana przez firmę Tesla znajduje się w południowej Australii. Może zmieścić 129 megawatogodzin energii
POLARIS/EAST NEWS

Również energię cielplną można gromadzić i przechowywać przez długi czas - nawet kilka miesięcy! - co stwarza ciekawą alternatywę dla ogrzewania prądem, piecem węglowym lub gazowym. Taką technologię wykorzystuje się na osiedlu Drake Landing Solar Community w kanadyjskiej prowincji Alberta (na zdjęciu poniżej). Dzięki kolektorom słonecznym energia cieplna jest gromadzona w specjalnym płynie transportowanym następnie w głąb ziemi. Temperatura ziemi lokalnie rośnie i zgromadzone w głębinach ciepło jest wykorzystywane w zimnych porach roku. Podziemny termos zaspokaja niemal w stu procentach lokalne zapotrzebowanie na ogrzewanie.

MIKE STURK

Eksperymentalne osiedle Drake Landing Solar Community w kanadyjskiej prowincji Alberta jest zimą ogrzewane ciepłem zgromadzonym w podziemnym termosie, do którego spływa płyn nagrzany latem

MIKE STURK

Nawet jeśli technologia podziemnego, sezonowego termosu nie stanie się standardem, to energia cieplna i tak będzie pochodzić z energii odnawialnej, na przykład z gorących źródeł geotermalnych lub z ciepłowni działających na prąd.

- W przyszłości w branży energetycznej nie będziemy rozróżniać elektryczności, ciepła, transportu. To wszystko jest część większej całości - mówi Lemström.

Towar od lokalnego dostawcy

W coraz mniejszym stopniu polegać będziemy na wielkich elektrowniach. Tanie baterie i efektywne ogniwa fotowoltaiczne pozwolą zakładom i gospodarstwom domowym na samowystarczalność, a nawet nadprodukcję.

Wówczas wejdziemy w fazę tak zwanej energetyki rozproszonej, nazywanej też rozproszoną kogeneracją. Polega ona na dążeniu do zastąpienia sieci energetycznej zasilanej przez wielkie elektrownie siecią małych, lokalnych wytwórni prądu: solarnych, wiatrowych, na biomasę i innych.

Taki lokalny model ma ogromny plus – pozwala ograniczyć straty powstałe podczas przesyłu enegii na duże odległości. Im dłuższa droga do pokonania, tym więcej prądu się marnuje ze względu na opór sieci energetycznej.

Skrócenie dystansu do lokalnego producenta powoduje, że mniej energii wycieka. Idealna sytuacja jest wtedy, kiedy konsument sam sobie wytwarza energię.

SMARTFLOWER.COM/EAST NEWS

System zasilania domu energią słoneczną według projektu firmy Smartflower. Kiedyś ogniwa fotowoltaiczne będą w każdym domu. Czemu zatem nie miałyby być estetyczne?

SMARTFLOWER.COM/EAST NEWS

Rozproszona energetyka, w której z różnych źródeł korzysta się w zależności od zapotrzebowania, wymaga jednak dobrej organizacji; kogoś, kto nieustannie, na bieżąco, będzie decydował od kogo pobierać prąd i gdzie go wysyłać. Zawiadowcą takiej rozproszonej sieci energetycznej będzie program komputerowy.

Tworzony dynamicznie rozkład jazdy ma opierać się na rachunku ekonomicznym i analizie big data (danych o sieci energetycznej dostarczą sensory). I oczywiście będzie uwzględniać tradycyjne duże elektrownie, które staną się elementem rozproszonego systemu. Ale z czasem będą odchodzić do lamusa, bo sieć małych lokalnych generatorów okaże się efektywniejsza i wygodniejsza.

Idea „inteligentnej sieci energetycznej“ przyświecała Komisji Europejskiej, która w 2009 roku stworzyła specjalny zespół ds. jej stworzenia – The Smart Grids Task Force. 

 

Wielkie elektrownie nie są jeszcze przeżytkiem. Wciąż ich potrzebujemy - uważa Mikael Lemström

 
CHINA STRINGER NETWORK/REUTERS/FORUM
PRZYSZŁOŚĆ
Wiktor Cyrny

Księżyc made in China

Chiny jako pierwsze wylądują na niewidocznej stronie Księżyca. Planują też posadzić na nim rośliny
STUART KINLOUGH/IKON IMAGES/EAST NEWS
PRZYSZŁOŚĆ
Jakub Janiszewski

Jak przewidzieć trendy, czyli trendologia stosowana

Przewidywanie trendów w technologii i kulturze to nie jest czysto abstrakcyjne ćwiczenie. Kto to potrafi, ma szansę zostać milionerem. Grupa badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego podeszła do sprawy naukowo
FANATIC STUDIO/SCIENCE PHOTO LIBRARY/EAST NEWS
PRZYSZŁOŚĆ
Bjorn Lomborg

Więcej wzrostu, mniej hipokryzji

Musimy zatrzymać wzrost gospodarczy, żeby ratować planetę? Nie słuchajcie takich bzdur. Przecież wzrost rozwiązuje - a nie stwarza - problemy środowiskowe. Najczyściej nie jest w krajach najbiedniejszych, tylko w najbogatszych
THORSTEN KEMPE/EAST NEWS
PRZYSZŁOŚĆ
Jakub Janiszewski

Sztuczna inteligencja głupsza, niż myślisz

Nadzieje i obawy związane ze sztuczną inteligencją są ogromne. I zapewne grubo przesadzone. Być może najbardziej przyda się ona totalitarnym dyktaturom, które dzięki AI mogą być znacznie bardziej efektywne niż dotąd
Więcej
Ta strona używa plików cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie. Więcej szczegółów w naszej Polityce Cookies. Nie pokazuj więcej tego powiadomienia.
OK

Logowanie

0 %