Ateities energija – iš niekur? | Apžvalga

Įžvalgos

  • Ateities energija – iš niekur?

  • Data: 2015-09-21
    Autorius: Aleksandras Graželis

    Pirmieji Blumo energijos serverių vartotojai – garsios kompanijos „Google“, „eBay“, „Wallmart“, „Yahoo“, „Coca-cola“. Kompanijos teigia, kad, naudodamos Blumo energijos serverius, jos taupo lėšas elektrai ir tikisi, kad gana brangūs serveriai atsipirks per 3–5 metus. (www.nasa.gov nuotrauka)

    Specialiajame energetinio  saugumo „Ap­žvalgos“ numeryje rašėme apie energetikos perspektyvas. Apžvelgėme svarbiausius šiuo metu naudojamus  energetinius išteklius (taip vadinamus „tradicinius“  iškastinius – anglį, naftą, dujas, uraną, taip pat atsinaujinančius energetinius išteklius –vandenį, Saulės šviesą ir šilumą, vėją, biomasę, žemės gelmių šilumos energiją).

    Rašėme apie politinius Europos Sąjungos sprendimus, kurie garantuotų valstybėms narėms patikimą energetikos poreikių lygį iki 2030 metų.

    Nesitikėdami iki tų metų sulaukti technologinių revoliucijų energetikoje, minėtoje apžvalgoje nutylėjome apie naujų energijos gamybos būdų paieškas. Nutylėjome todėl, kad tos paieškos nėra lengvos, tęsiasi jau daug metų. Beveik kasmet skelbiama apie tuoj prasidėsiančią pramoninę naujoviškų įrengimų gamybą, tačiau įtikinančių rezultatų, kurie galėtų konkuruoti su dabar naudojamais energijos gavybos būdais, dar nesulaukėme. Siekdami skaitytojams pateikti kuo išsamesnę informaciją, šiame rašinyje norime tai apžvelgti.

    Nuo akmeninio peilio iki fantastinių daiktų

    Energijos gamybos būdų ieškoma įvairiomis kryptimis. Iš tikrųjų, be mums įprastų energijos išteklių ir jos gavybos būdų yra daug kitokių, apie kurių egzistavimą žinome, bet panaudoti dar nesugebame – dar per menkas mūsų civilizacijos mokslinis ir technologinis lygis. Bet nusiminti neverta, galime tik džiaugtis, kad išradimai, kaip protinė žmogaus veikla, nuolat spartėdama, tapo pagrindiniu žmonijos civilizacijos varikliu.

    Pažvelkime į tai, nuo ko žmogus pradėjo savo išradimus, kol pasiekė šiandieninį mokslo ir technologijų lygį, kasdien pateikiantį vartotojams naujus gaminius. Archeologų teigimu, pirmasis žmogaus išradimas buvo akmeninis peilis, išrastas prieš 2,5–1,5 milijono metų. Vėlesni atradimai bei išradimai – ugnis, būstas, apranga, ietis, valtis, fleita iš gyvūno kaulo. Šių daiktų, kai svarbiausias žmogaus užsiėmimas buvo maisto paieška (medžioklė, žvejyba, augalų rinkimas), jam užteko, gyvenant šimtus tūkstančių metų. Tik atsiradus žemdirbystei (palyginus, visiškai neseniai, prieš 11 tūkstančių metų), žmogui prireikė pasukti galvą ir imtis kurti kaskart vis tobulesnius daiktus ir įrankius. Šis kūrybinis procesas nuolat greitėjo, jį skatino žmonių siekiai dirbti sparčiau ir lengviau, siekiai įgyti kuo daugiau turto ir patogumų buityje bei daiktų gamintojų tarpusavio konkurencija. Skatino ir žmogaus pomėgis fantazuoti. Prisiminkime rašytojus fantastus, ypač rašiusius XIX a. pabaigoje ir XX a. pirmojoje pusėje, kurie romanuose sukūrė savo metui neįtikėtinų technologijų, gaminių, prietaisų, įrengimų aprašymus. Ir jie neklydo – po kelių dešimtmečių tie dalykai buvo išrasti ir žmonės prie jų priprato labai greitai, pamiršę jų fantastinę kilmę. Fantastika (kaip literatūrinis žanras ir mąstymo būdas) padarė milžinišką įtaką žmonijai – ypač išradėjams. Jei daliai žmonių patinka tik skaityti apie išgalvotus dalykus, kiti imasi juos kurti. Jules Verne‘as aprašė ateities povandeninį laivą, kosmines raketas, sraigtasparnius ir vaizdą perduodantį telefoną. Herberto Wellso romanuose  skaitėme apie biologinius ir lazerinius ginklus, video kasečių ar DVD grotuvus. Robotai, dirbtinis intelektas, klonavimas, oro kondicionieriai, „išmanieji namai“, televizija, internetas ir daugybė kitų – visi jie iš pradžių pasirodė fantastinėje literatūroje ir tik vėliau mūsų gyvenime.

    Visų tų nuostabių daiktų gamybai reikalinga energija, todėl net nuo XII amžiaus imta bandyti sukurti amžinąjį variklį.  Amžinasis variklis (lot. perpetuum mobile) – bet koks mechanizmas ar sistema, kuri gali nuolat (amžinai) gaminti daugiau energijos nei sunaudoja, jau nuo pat jo išradinėjimo pradžios buvo pasmerktas nesėkmei. Jis pažeidė energijos tvermės dėsnį, teigiantį, kad energija iš niekur neatsiranda ir niekur neišnyksta, o vienos rūšies energija gali virsti arba būti pakeista  kitos rūšies energija. Nepaisant tokių išradimų beprasmiškumo, XVII–XIX amžiuje visų Europos šalių patentų biurai buvo tiesiog užversti pareiškimais dėl amžinųjų variklių autorystės. Masinanti idėja neaplenkė netgi genijų – tarp Leonardo da Vinci piešinių buvo aptikta graviūra su amžinojo variklio brėžiniu.

    Naujų energijos gamybos būdų paieškos tęsiamos ir dabar. Pasaulio visuomenė supranta, kad iškastinis kuras po 100 ar daugiau metų baigsis, o dabartinis gausus jo naudojimas spartina klimato kaitą, grasinančią Žemės gyventojams aplinkos katastrofomis. Suprantama, Saulės, vėjo ir kitų atsinaujinančių išteklių energetika ir toliau sparčiai vystysis, tačiau žmogaus protas nenurimsta ir ieško naujovių.

    Termobranduolinės sintezės suvaldymas

    Jau kelis dešimtmečius girdime apie bandymus suvaldyti termobranduolinę sintezę ir gaminti neribotus energijos kiekius. Rimtų bandymų imtasi tik 2006 metais, kai buvo sukurtas tarptautinis susivienijimas ITER (International thermonuclear experimental reactor – Tarptautinis termobranduolinis eksperimentinis reaktorius), kurį įsteigė Europos Sąjunga, Indija, Japonija, JAV, Kinija, Pietų Korėja ir Rusija. Tai didžiausias pasaulyje bendras tarpvalstybinis energetikos projektas, kurio biudžetas – 15 milijardų eurų. 45 proc. lėšų šiam projektui skiria Europos Sąjunga, kitos valstybės po 9 proc. Projektas ilgalaikis – pirmąją plazmą tikimasi išgauti 2020 metais, o termobranduolinę sintezę pradėti 2027 metais. Reaktorius statomas Prancūzijoje, netoli Kadarašo miesto. Tai įspūdingo dydžio statinių grupė, užimanti 42 hektarų plotą. Pagrindinis statinys –  150 milijonų Celsijaus laipsnių karščio plazmą sulaikantis tokamakas – 80 metrų aukščio, 120 metrų ilgio ir 80 metrų pločio.

    Nors termobranduolinės sintezės energetika atrodo viliojanti, tačiau žmonijai teks dar ilgai palaukti, kol bus galima pajausti jos naudą. Net sėkmingai įgyvendinus ITER projektą, reikės nueiti dar ilgą kelią, kol termobranduolinės sintezės energetika taps konkurencinga. Vilčių teikia tai, kad branduolių sintezės metu išsiskiria 10 kartų daugiau energijos, nei branduolių skilimo metu dabartinėse atominėse jėgainėse. Termobranduolinė sintezė turi ir daugiau svarbių privalumų. Jai reikalingas kuras yra lengvai išgaunamas: deuteris – iš vandens, o tritis susidaro branduolių sintezės metu. Kitas labai svarbus aspektas – sintezės metu nesusidaro ilgaamžės radioaktyvios atliekos.

    ITER projektas sulaukė ir konkurentų. Šių metų pavasarį JAV aeronautikos bendrovė „Lockheed Martin“ pranešė pasiekusi gerų rezultatų, kuriant nedidelį termobranduolinės sintezės reaktorių „Compact Fusion“. Mokslininkų tikslas – pagaminti tokius reaktorius, kurie generuotų šilumą, tinkamą panaudoti jau dabar pastatytose šiluminėse elektrinėse, deginančiose iškastinį kurą, taip pat karo laivuose.

    Vandenilio energetika

    Šiuo metu vandenilio energetikos nesiryžtama priskirti nei prie iškastinių išteklių energetikos, nei prie atsinaujinančių išteklių. Apie vandenilį, kaip labai svarbų ateities energijos šaltinį kalbama jau daug metų, jau sukurti ir techniškai pavykę įrenginiai jį naudoti, prekiaujama vandenilio kuro elementais, vandenilio gamybos  generatoriais. (Priminsime, kad kuro elementai yra elektrocheminis įrenginys, kuriame vyksta vandenilio ir deguonies jungimosi reakcija, o atsipalaiduojanti energija iš karto paverčiama elektros energija). Automobilių gamybos kompanijos pradėjo pramoninę elektromobilių, varomų vandenilio kuro elementais, gamybą: „Hyundai ix35 FCEV“ gaminamas nuo 2013 metų, „Toyota Mirai“ – nuo 2014 metų.

    Nors vandenilis dar tebėra brangus, ateityje jo gamyba pigs. Dar 2008 metais Europos Sąjungos Taryba priėmė reglamentą Nr. 521/2008 dėl Kuro elementų ir vandenilio bendrosios įmonės sukūrimo. 2014–2020 metų įmonės veiklai skiriamas 1,33 milijardo eurų biudžetas, nes tikimasi, kad kuro elementų ir vandenilio technologijos turės didelę reikšmę Europos Sąjungos energetikos ir transporto sistemoms, įgalins iki 2050 metų žymiai sumažinti CO2 išmetimus. Įmonės veiklos programoje ketinama siekti atpiginti vandenilio gamybą, sukurti tobulesnius jo saugojimo ir paskirstymo būdus, sukurti ilgaamžiškesnius ir efektyvesnius kuro elementus, pasiekti, kad vandenilio energetika būtų konkurencinga kitoms energijos gamybos technologijoms. Tikimasi, kad ateinančiais dešimtmečiais vandenilio kuro elementų kainos bus panašios į elektromobilių baterijų kainas, todėl vandenilis, kaip aplinkos visiškai neteršiantis kuras, vartotojams gali būti pranašesnis.

    Dar vieną naudingą funkciją gali atlikti vandenilis – tai energijos išsaugojimo (akumuliavimo). Šiuo metu, kai trūksta patikimų energijos išsaugojimo būdų, vandenilio gamyba tampa tokiu būdu, ypač tais atvejais, kai vėjo ar saulės elektros gaminama daugiau, nei jos reikia vartotojams. Tokiais atvejais elektros perteklius gali būti naudojamas, elektrolizės būdu skaidant vandenį į vandenilį ir deguonį.

    Andrea Rossi ir jo ECAT reaktorius

    Jau kelerius metus žiniasklaidoje ir tarp mokslininkų verda ginčai, išgirdus Italijos inžinieriaus Andrea Rossi pranešimus apie jo sėkmę, kuriant energijos katalizatorių ECAT, kuris dažnai vadinamas ir šaltos branduolių sintezės reaktoriumi. Ginčai vyks ir toliau, tačiau 2014 metų spalį buvo paskelbta reikšminga šešių nepriklausomų tyrėjų (profesorių iš Italijos ir Švedijos universitetų) ataskaita, kad ECAT generatorius iš tikrųjų gamina didžiulius šilumos kiekius – per 32 dienas pagamino virš 1,5 MWh absoliučiai švarios šiluminės energijos. Įrenginyje vyko branduolių sintezės reakcija, tačiau kitokio tipo, nei termobranduolinė, kuriai reikia milžiniškos temperatūros. ECAT generatorius nenaudoja kurui radioaktyvių medžiagų, nespinduliuoja į aplinką radioaktyvių spindulių, atliekos – neradioaktyvus varis, jam negresia išsilydymo pavojus. 1000 kW galios generatorius kurui per pusę metų sunaudoja tik 10 kg nikelio ir 18 kg vandenilio.

    ECAT generatorius sudarytas iš mažesnių modulių, kurių gali būti nuo 52 iki 100, savo ruožtu modulį sudaro 3 maži reaktoriai, kuriuose vyksta branduolių sintezė. Generatoriaus moduliai telpa plieniniame konteineryje, jo dydis – tik 5×2,6×2,6 metrų, jį nesunku gabenti bet kokiu transportu. Šiuo metu A. Rossi kompanija „Hydro Fusion Ltd“ parduoda 1MW galios šilumą gaminančius generatorius, kurių garantinė veikla 30 metų. Ateityje ketinama pardavinėti 10 kW galios šilumos generatorius namų ūkiams.

    Toris vietoje urano

    Ateityje gali keistis ir dabartinės branduolinės energijos, gaunamos, skylant branduoliams, pobūdis. Dabar taikstomasi su uraną naudojančiomis branduolinėmis jėgainėmis, nes jos neišmeta CO2, o jų technologiniai procesai per daugelį metų patobulėjo. Tačiau jų neigiamos savybės kelia nerimą – galimybė iš branduolių skilimo produkto – plutonio gaminti atomines bombas (Irano atvejis), daug rūpesčių kelia 240 tūkst. metų skylančių radioaktyvių atliekų laidojimas.

    Pirmoji uraną naudojanti branduolinė jėgainė pradėjo veikti nuo 1954 metų. Apie 1960 metus JAV kilo idėjos vietoje urano naudoti torį. 1973 metais pradėta jo panaudojimo tyrimo programa, tačiau po kelerių metų nutraukta. Nutraukta todėl, kad tuo metu vyko pasaulinės ginklavimosi varžybos, Šaltasis karas tarp demokratinių Vakarų valstybių ir sovietinio bloko buvo pačiame įkarštyje. Atominėms bomboms gaminti reikėjo daug plutonio, o torį naudojančios branduolinės jėgainės jo negamino, todėl toris tapo nereikalingas.

    Torio naudojimu branduolinių jėgainių kurui imta domėtis tik pastaraisiais metais. Toris nėra cheminis elementas be trūkumų, tačiau jie daug mažesni nei urano. Visų pirma, torio Žemėje yra tris kartus daugiau, nei urano, jo nereikia kasti giliose šachtose ir sodrinti (šie gamtą teršiantys procesai neįvertinami, skaičiuojant branduolinės energetikos „švarumą“). Technologinis šilumos gamybos procesas, naudojant torį ir išlydytas druskas yra daug saugesnis, nekelia sprogimo pavojaus, o radioaktyvių atliekų šimtą kartų mažiau nei urano jėgainėse.

    Šiuo metu apie atliekamus torio panaudojimo tyrimus skelbia Kinija (žada sukurti torio reaktorių per 10 metų), Indija (bandomąjį reaktorių ketina sukurti 2016 metais), Norvegija (rengiasi išbandyti veikiančioje jėgainėje torio strypus vietoje urano strypų). Įvairios torio tyrimo programos numatytos atlikti Jungtinėje Karalystėje, Kanadoje, Vokietijoje, Japonijoje, Izraelyje. Toris galėtų tapti alternatyva uranui, tačiau, kaip ir kitose alternatyvios energetikos rūšyse, moksliniams tyrimams skiriama per mažai lėšų (graži išimtis yra tik ITER projektas). Energetikos kompanijos, neturėdamos ekonominių paskatų, pokyčiams priešinasi, todėl didelę reikšmę turės valstybių politiniai sprendimai.

    Blumo dėžutė

    2010 metais energetikos specialistus nustebino spaudos konferencijoje pristatyta „Blumo dėžutė“. Ją pristatė vienos iš Silicio slėnio įmonės – „Bloom Energy“ – įkūrėjas KR Sridharas, rankose laikydamas dvi knygos dydžio dėžutes. Jis pareiškė, kad sukūrė technologiją, kuri leistų pilnai aprūpinti elektra gyvenamuosius namus, jų neprijungiant prie elektros tinklo. Dviejų dėžučių užtektų namui JAV, o Azijos šalyse vienos dėžutės užtektų ir keliems namams.

    Didesni, šaldytuvo dydžio įrenginiai, gaminantys 25 kW galios elektrą, buvo pavadinti moduliais, o jų grupė, teikianti 100 kW galią – Blumo energijos serveriais. Pirmieji Blumo energijos serverių vartotojais tapo garsios kompanijos „Google“, „eBay“, „Wallmart“, „Yahoo“, „Coca-cola“. Visos šios kompanijos teigė, kad, naudodamos Blumo energijos serverius, jos taupė lėšas elektrai ir tikisi, kad gana brangūs serveriai (100 kW galios serveris kainuoja apie 0,8 mln. JAV dolerių) atsipirks per 3–5 metus.

    Netruko paaiškėti, iš ko sudarytas Blumo energijos serveris. 100 kW elektros pagaminama keturiuose tūstančiuose kietųjų oksidų kuro elementų, kurui naudojant gamtines dujas, metaną, vandenilį, etanolį, taip pat ir automobilių degalus. Kuro elementai turėtų patikimai veikti 10 metų. Kietųjų oksidų kuro elementai buvo žinomi ir anksčiau, tačiau juose naudojamas brangus metalas platina bei agresyvios rūgštys. KR Sridharo išradimo sėkmė pagrįsta jo sukurtų kietųjų oksidų pigumu ir dideliu veikimo efektyvumu (50 proc.). „Bloom energy“ ketina po kelerių metų pateikti vartotojams nedidelį, 1 kW galios elektros gamybos įrenginį, kuris kainuotų tik 3000 JAV dolerių.

    Magnetiniai varikliai

    Magnetinis variklis yra įrenginys, paverčiantis magnetinio lauko jėgas į mechaninę jėgą, sukeliančią judėjimą, kaip taisyklė, sukimąsi. Tam tikra tvarka variklio statoriuje ir rotoriuje išdėstyti nuolatiniai magnetai suka variklio veleną jėga, kurios dydis priklauso nuo magneto traukiamosios jėgos, veleno sukimosi greičio, trinties ir kitų reguliuojamų veiksnių. Magnetinių variklių kūrimo idėja suviliojo gausybę išradėjų, kurie bando sukurti komercinius variklius, nenaudojančius jokios kitos energijos, tik nuolatinių magnetų laukus. Tokių variklių galingumas nėra didelis (iki 5 kW), jie gali būti naudojami namų ūkiuose gaminti elektrą, prie tokio variklio prijungus elektros generatorių.

    Daug galingesnius magnetinius variklius, kuriuose tam tikra tvarka išdėstyti nuolatiniai magnetai bei elektromagnetai, per 30 atkaklaus darbo metų išrado Vengrijos profesorius Leslis I. Sabo. Magnetinis variklis sujungtas kartu su elektros generatoriumi, kuris teikia srovę elektromagnetams. Įrenginiui paleisti tereikia pradinės sukimo jėgos arba elektros, po to jis veikia, nenaudodamas jokios kitos energijos, jis „maitina“ save savo paties pagaminta elektra ir gamina didelį kiekį elektros ir šilumos, susidarančios, vėsinant įrenginį. „Energy by motion“ (judėjimo energija) – taip pavadinti generatoriai gali būti gaminami įvairios galios – nuo 1,5 MW iki 225 MW ir galingesni. Išradėjas garantuoja, kad generatorius nesustodamas gali dirbti 40 metų, lėšos jam pirkti sugrįžtų per ketverius metus. Budapešte įsikūrusi įmonė „Gamma Manager“ nuo šių metų siūlo pirkti įvairaus galingumo generatorius bei siūlo juos gaminti kitoms įmonėms. Teisybės dėlei privalome pasakyti, kad tai ne pirmas pranešimas apie pradedamus parduoti generatorius, jų būta ir prieš kelerius metus.

    Energija iš oro

    Atmosferinės elektros energetika apima įvairius būdus ir projektus, kuriais tikimasi išgauti atmosferoje susikaupiančią elektros energiją. Labiausiai vilioja žaibų elektros energija, nes visoje mūsų planetoje žaibuoja maždaug 40–50 kartų per sekundę arba beveik 1,4 mlrd. blyksnių per metus. Žaibus dar XX amžiaus pradžioje tyrė žymus elektros fizikas ir inžinierius Nikola Tesla. Jam pavyko sukurti dirbtinį žaibą, tačiau atmosferoje susidarančių žaibų energijos suvaldyti nepavyko. Tai nereiškia, kad ateityje nebus bandoma tai atlikti.

    2010 metais brazilų mokslininkas Fernando Galembeckas paskelbė sensacingą pranešimą apie galimybes išgauti elektrą iš Žemės atmosferos. Panaudojant tam tikrų metalų antenas ir kolektorius, galima surinkti elektros krūvius iš oro, ypač drėgno klimato zonose. Jei tai pavyktų, atmosferos elektra taptų dar vienu atsinaujinančios energijos šaltiniu.

    Tuo tarpu sauso klimato zonose elektrostatinius elektros krūvius iš atmosferos išgauti įgalina Šveicarijoje, Methernitha krikščionių bendruomenės įkūrėjo Paulo Baumanno sukurtas įrenginys „Testatika“. Ant dviejų lėtai besisukančių 50 cm skersmens diskų išdėstyti elektrodai sujungti su kondensatoriais ir kitais elektrotechniniais prietaisais surenka elektrostatinius atmosferos krūvius ir gamina 3–4 kW galios elektros energiją. Bendruomenė jau apie 30 metų naudoja šešis tokius įrenginius elektros gamybai. P. Baumannas mirė 2001 metais, savo išradimo paslapties neatskleidęs, tačiau daugeliui tyrėjų pavyko sukurti panašiai veikiančius modelius.

    Pabaigai

    Suprantama, šiame rašinyje apžvelgėme tik dalį naujų energijos gavybos būdų paieškų. Stengėmės apžvelgti realesnes galimybes išgauti energiją, todėl nutylėjome (ir vėl!) apie tokius būdus, kaip energiją, perduodamą lazeriais iš kosmoso arba galvijų išmetamų metano dujų surinkimą. Jeigu suklydome, ateitis tą klaidą ištaisys.

  • ATGAL
    Nepalaužtoji karta. Partizanų ryšininkės istorija. I dalis
    PIRMYN
    Auksinis Kazachstano spindesys mirtimi alsuojančiose stepėse
  • Mūsų draugai:
  • ELP grupė
  • Bernardinai.lt
  • Europarlamentaras Algirdas Saudargas

Copyright © 2011 apzvalga.eu. Visos teisės saugomos.

Draudžiama tinklapyje „Apžvalga“ paskelbtą tekstinę ir vaizdinę medžiagą panaudoti kitose žiniasklaidos priemonėse arba platinti šio tinklapio medžiagą kuriuo nors pavidalu be „Apžvalgos“ leidėjų sutikimo, o jei sutikimas gautas, būtina nurodyti „Apžvalgą“ kaip šaltinį.