Sledujte nás na Instagrame

@hospodarske_novinyFacebook
04.02.2008, 12:34

Hľadanie novej energie

Sumy na účtoch za elektrinu stúpajú a rásť hneď len tak neprestanú. Súčasné zdroje sa zmenšujú, z energie sa stáva vzácny tovar. A tak vedci urputne hľadajú cesty, ako by mohli aj budúce generácie pohodlne kúriť a svietiť.

Hovorí sa, že čím bolo starej dobe zlato a dvadsiatemu storočiu energia, tým sú dnes informácie. Lenže v skutočnosti tak ďaleko nie sme. Kto má energiu, má zlatý dol – a informácie si už ľahko zakúpi. Nie je divu, že v podmienkach hroziacej krízy sa energetickí zlatokopi liahnu ako huby po daždi.

Podľa väčšiny odhadov dôjde ropa asi za štyridsať rokov, ale to sa hovorilo už pred štyridsiatimi rokmi a možno sa to bude hovoriť i za ďalších štyridsať. Problém nie je ani tak v nedostatku zásob, ako v cenách. A v silných štruktúrach, ktoré na nich sedia.
V skutočnosti je však energie okolo nás množstvo a zadarmo. Len vedieť, ako ju lacno získať. Snaha rozhodne nechýba.

Hľadači kameňa mudrcov
Pohľad na úsilie nájdenia lacnej alternatívnej energie pripomína scénu alchymistického laboratória Rudolfa II. z filmu Cisárov pekár – i tu sa mnoho ľudí pokúša rôznymi cestami dospieť k jedinému cieľu. A i tu niektorí z nich vyzerajú ako čudáci. To však môže byť len zdanie vyvolané dlhodobým návykom na dostatok lacnej energie tečúcej zo zásuviek a benzínových čerpadiel.

[[{"type":"hn-image","fid":"41138","attributes":{"class":"right","width":"240","height":"161"}}]]Jednu z najväčších nádejí predstavujú solárne panely pre výrobu elektriny. Nepotrebujú obsluhu a ich prevádzka je dokonale ekologická, tie dnešné sú však drahé a ich účinnosť nízka. To sa má zmeniť. Koncom minulého roka vedci z Inštitútu Nielsa Bohra v Kodani oznámili, že sa im podarilo zdvojnásobiť účinnosť panelov pomocou nanotechnológií. "Náš článok má takú štruktúru, že využije všetko dopadajúce svetlo," hovorí Martin Aagesen. "Navyše je materiál lacnejší než dnes používaný kryštalický kremík."

Cieľom mnohých výskumných pracovísk po celom svete sú tenké, lacné a odolné fotočlánky, ktoré bude možné na vhodnú plochu jednoducho len napnúť alebo dokonca nastriekať v spreji. Zdrojom energie pre mobilné zariadenia sa tak údajne stanú aj kabáty a košele.

Mimo pozornosti nie je ani vietor. Niektorí konštruktéri veria, že veľké generátory sú možno dobré pre veľké spoločnosti, ale veľa záujemcov by si radšej zaobstaralo niečo skromnejšie. Austrálčan Graeme Attey vyrába mimoriadne lacné malé veterné turbíny, ktoré možno vo veľkom množstve umiestňovať kdekoľvek, trebárs na hrebeň strechy. "Môžu vhodne doplniť solárne panely," hovorí Attey. "Má to logiku. Pokiaľ nesvieti slnko, fúka vietor a naopak"

Podobnou cestou sa uberajú i myšlienky Steda Walkera z Oregon State University: "Keď vietor narazí na prekážku v podobe budovy, jeho rýchlosť sa zvyšuje. Stačí mu postaviť do cesty rad malých turbín. Vyvinuli sme preto zariadenie, ktoré je absolútne tiché."

V skutočnosti nie je tak veľký problém energiu získať, ako skôr uskladniť ju. A to nielen v elektroautomobiloch, ale i pri bežnej spotrebe, pretože slnko a vietor  nanešťastie nepracujú práve vtedy, kedy by sa to najväčšmi hodilo. Bežné akumulátory sú málo účinné, drahé, nezriedka i ekologicky škodlivé.

[[{"type":"hn-image","fid":"41140","attributes":{"class":"right","width":"230","height":"171"}}]]Pritom príroda tento problém vyriešila sama: biomasa nie je nič iné než akumulátor slnečnej energie. Súčasný boom pestovania kukurice, trstiny, repky a ďalších energetických plodín však zožal kritiku: zdražujú sa potraviny, produkcia spotrebuje viac energie než vydá, hnojivá znečisťujú vodu. Odborníci preto vidia nádej v rýchlo rastúcich a nenáročných trávach alebo drevinách.

"V blízkej budúcnosti dokážeme získavať etanol z dreva," tvrdí biológ Gopi Podila z University of Alabama v Huntsville. "Stromy nepotrebujú žiadnu starostlivosť, produkujú biomasu lacno a vo veľkom množstve. Takto získaný materiál následne mikroorganizmy rozložia na cukry – prakticky zadarmo."

Nechýbajú ale ani pokusy získavať slnečnú energiu akumulovanú prostredníctvom rias. Iní zasa skúšajú využiť baktérie k priamej výrobe elektriny. Fraser Armstrong z Oxfordu vlani predstavil svoj palivový článok, ktorý nepotrebuje drahé membrány a platinové elektródy, pretože ich nahrádzajú bakteriálne enzýmy.

Od sírnej gule k nádržiam na elektrinu
Jednou zo zaujímavých možností uskladňovania energie sú akumulátory zostavené z veľkého množstva mimoriadne účinných kondenzátorov, takzvané superkapacitory. Kondenzátor je bežná elektronická súčiastka, do ktorej je možné elektrinu "naliať" rovnako ľahko ako vodu do fľaše. Už v 17. storočí týmto spôsobom využíval gule zo síry Gottfried Wilhelm Leibnitz. Pre energetické účely je ale množstvo energie, ktoré sa vmestí do bežného kondenzátora, príliš malé. Preto sa hľadajú technológie, ktoré by dokázali ich kapacitu zvýšiť.

Výhody superkapacitorov sú obrovské: nabíjajú sa takmer okamžite, majú vysokú účinnosť i životnosť, vzdorujú prebíjaniu a extrémnemu vybíjaniu, rýchlo ponúkajú plný výkon, sú ľahké, vydržia obrovský počet nabíjacích cyklov a k ich výrobe sa používajú neškodné suroviny. "Je to veľmi zelená forma uskladnenia energie," konštatuje Bobby Maher z firmy Maxwell Technologies, ktorá sa ich výrobou zaoberá.

[[{"type":"hn-image","fid":"41141","attributes":{"class":"right","width":"229","height":"172"}}]]Nič však nie je dokonalé: superkapacitory zatiaľ majú malú kapacitu a sú príliš drahé. Používajú sa preto predovšetkým ako záložné zdroje v počítačových systémoch. V kombinácií s klasickým akumulátorom sa s nimi taktiež experimentuje v elektromobiloch a hybridných vozidlách. Superkapacitorová jednotka je totiž schopná okamžite uložiť napríklad energiu získanú brzdením a rovnako rýchlo ju pri akcelerácií zasa vydať.  

Magickú hranicu 100 000 míľ (približne 180 000 km) prekonal koncom januára testovací hybridný automobil vybavený kombináciou akumulátorovej a olovenej batérie na britskej testovacej dráhe Millbrook Proving Ground. "Sto tisíc míľ je přesvědčivá ukážka možnosti superkapacitorovj technológie," hovorí vedúci výskumu David Lamb. "Tadiaľ vedie cesta aj k čistej doprave."

Ďalší vývoj superkapacitorov ráta s využitím elektród z uhlíkového aerogelu - jedinečného materiálu s obrovským vnútorným povrchom. Na tomto princípe už firma Cooper Electronic Technologies vyrobila batérie, ktorých hustota energie sa blíži lítiovým článkom.

Možnosti ďalšieho zlepšenia kapacity ponúkajú predovšetkým nanotechnológie. Napríklad skupina odborníkov z prestížneho amerického Massachusetts Institute of Technology (MIT) sa snaží usporiadať uhlíkové nanotrubice do rovnobežne uložených plastov a získať tak v malom objeme obrovský vnútorný povrch.

"Tato konfigurácia umožní vyrobiť superkondenzátory s väčšou hustotou energie, než akou disponujú dnešné bežné batérie," konštatuje Joel E. Schindall, profesor na Katedre elektroinžinierstva a počítačov MIT.

Sám sebe dodávateľom
[[{"type":"hn-image","fid":"41142","attributes":{"class":"right","width":"212","height":"188"}}]]"Superkapacitorové akumulátory budú mať mimoriadny význam pre ukladanie energie z obnoviteľných zdrojov," hovoria vo svojej správe vedci z austrálskej organizácie CSIRO, ktorí sa ich vývojom zaoberajú. Narážajú tým okrem iného aj na myšlienku dnešnými energetikmi považovanú za kacírsku, ktorá si však vo vyspelých krajinách získava stále viac priaznivcov. Hovorí sa jej decentralizovaná energetika.

Myšlienka je jednoduchá: každý dom disponuje plochou schopnou zachytiť toľko energie, že to nadmieru uspokojí potreby jeho obyvateľov. Ešte lepšie možnosti majú obce, poľnohospodárske farmy a občianske združenia. Keby sa podarilo zlacniť solárne panely, vyriešiť akumulovanie energie a to celé ešte doplniť biotechnológiami, svet by sa zaobišiel bez diaľkových vedení a gigantických elektrárni. A predovšetkým bez monopolov, ktoré už prerástli cez hlavu aj vládam. O medzinárodnom energetickom vydieraní nehovoriac.

"Tepelné, jadrové a ďalšie veľké centralizované zdroje stále pracujú na hranici ekologického a bezpečnostného rizika a navyše predstavujú nezdravú koncentráciu kapitálu," tvrdí Benjamin Sovacoo z Virginia Polytechnic Institute. "Energetická stratégia Spojených štátov by tvárou v tvár súčasnej svetovej situácií mala vytvoriť konkurenčné prostredie, ktoré umožní vyrábať veľkú časť energie v malých čistých zdrojoch priamo na mieste spotreby."

Príde termojadrová diktatúra?
[[{"type":"hn-image","fid":"41143","attributes":{"class":"right","width":"220","height":"181"}}]]Tí, ktorí sa o presadenie alternatívnych zdrojov energie usilujú, to stále nemajú ľahké. Najčastejšie čelia lobistickým expertom, ktorí odporúčajú sústrediť sa na atómové elektrárne. Lenže napríklad špeciálne pre Českú republiku je to cesta z blata do kaluže: palivo a výroba zariadení je v ruských rukách, nedarí sa ani vyriešiť problém rádioaktívneho odpadu – všeobecne kladný vzťah k jadrovej energetike v Českej republike sa vždy rýchlo zmení v aktívny odpor tam, kde sa má skládka vybudovať.

Technokrati tvrdia, že definitívnym riešením bude termojadrová fúzia, rovnaká reakcia, ktorá sa odohráva vo vnútri hviezd. Ľudstvo má tak získať zdroj lacnej, čistej, bezpečnej a večnej energie – lenže nič z toho nie je pravda. V skutočnosti by totiž šlo o prevádzku pracujúcu s nebezpečnými látkami, ktorá by bola zdrojom prenikavého neutrónového žiarenia. Pritom náklady sú zrovnateľné s misiami pilotovaných výprav k Mesiacu. Podľa päťdesiat rokov starých prognóz mali termojadrové elektrárne už fungovať, lenže cieľ ako keby utekal do diaľky. Optimisti súdia, že snáď za ďalšie polstoročie, realisti sa odhadovať radšej neodvažujú.

Kritici programu preto tvrdia, že nepatrný zlomok z prostriedkov vynaložených na výskum termojadrovej fúzie by umožnil vyriešiť väčšinu problémov čistých alternatívnych technológií. Len pokusné termojadrové zariadenie ITER má oficiálne stáť desať miliard eur, v skutočnosti to bude ešte omnoho viac. O takýchto sumách môže výskum fotovoltaických panelov, akumulátorov alebo bioenergií len snívať. "My nepotrebujeme subvencie, stačí nám, pokiaľ vlády uvoľnia cestu a nebudú škodiť," hovorí Anil Seti, riaditeľ švajčiarskej firmy Flisom zaoberajúcej sa vývojom nových typov solárnych panelov. Pripomína pritom, že v posledných 30 rokoch vynaložili vlády vo svete na podporu jadrovej energetiky 170 miliárd dolárov.

[[{"type":"hn-image","fid":"41144","attributes":{"class":"right","width":"230","height":"170"}}]]Ale i pokiaľ sa termojadrové elektrárne niekedy podarilo spustiť, pôjde o tak drahé zariadenia, že dnešné jadrové sú oproti ním detské hračky. Z predstavy, kto si to bude môcť dovoliť, ide mráz po chrbte – pôjde o tak obrovskú koncentráciu peňazí a sily, že to nutne poznamená podobu celej spoločnosti na takom supermonopole závislej.  

Napriek tomu budúcnosť jeden nevyčerpateľný zdroj čistej termojadrovej energie ukrýva, navyše zadarmo a v bezpečnej vzdialenosti. Je ním samotné Slnko: za hranicou našej atmosféry nepretržite dopadá na každý štvorcový meter asi 1300 wattov, bližšie našej hviezde je to ešte oveľa viac. Budúci obyvatelia kozmických miest a lunárnych základní nebudú poznať energetické krízy, pretože vytvoriť veľké plochy rozkladacích solárnych panelov je v stave beztiaže jednoduché. Horšie však je dopraviť túto energiu na Zem. Uvažuje sa o laseroch alebo mikrovlnných žiaričoch – pokiaľ by však zväzok energie dopadol mimo prijímacie zariadenie, stala by sa z nej zbraň hromadného ničenia. 

Štúdie na túto tému sú už od 60. rokov minulého storočia predovšetkým v materiáloch vesmírnej agentúry NASA. Minulý rok v marci americký Úrad pre národnú bezpečnosť predstavil ucelený koncept nazvaný Space-Based Solar Power (SBSP), ktorý počíta s umiestnením rozľahlých polí solárnych panelov vo vesmíre i na povrchu Mesiaca. Prenos na Zem by prebiehal prostredníctvom mikrovĺn. Autori predpokladajú, že do polovice tohto storočia by mohla vesmírna energia pokrývať najmenej desať percent spotreby Spojených štátov. "Verím, že energia bude jednou z prvých vesmírnych komodít, z ktorej bude mať prospech každý občan," hovorí Michael Smith, šéf tímu, ktorý štúdiu pre Pentagon spracoval.


Snímky a ilustrácie: Vesmírna solárna elektráreň podľa NASA. Kresba: NASA. Zariadenie pre získavanie solárnej energie pre prácu tepelných motorov . Snímka: Sandia National Labs. Pokusné termojadrové zariadenie predstavuje jeden z vrcholov súčasnej techniky. Snímka: ITER. Ohybný solárny fotovoltaický článok. Snímka: Fraunhofer ISE. Testy kvality nových fotovoltaických článkov. Snímka: Leica. Mnoho malých tichých veterných generátorov môže byť doplnkom solárnych panelov - podľa predstavy Stela Walkera z Oregon State University. Kresba: Oregon State Univ. Superkapacitorové akumulátory. Snímka Maxwell.

Článok bol pôvodne publikovaný v Hospodářskych novinách