Energii nigdy nie zabraknie

©

Udostępnij:

Zmniejszające się gwałtownie w XXI w. światowe zasoby paliw kopalnych, a także zagrożenia klimatyczne związane z ich eksploatacją każą zwrócić oczy na odnawialne źródła energii. Tych nie brakuje na naszym globie, chodzi jednak o to, aby znaleźć technicznie sprawne i ekonomicznie opłacalne sposoby wykorzystania tego naturalnego bogactwa.

Do największych na świecie konsumentów energii należą Stany Zjednoczone, zużywające jedną czwartą globalnej produkcji paliw, które w większości importują. Jednakże ten kraj, szczycący się najwyższą innowacyjnością, wkłada jednocześnie ogromny wysiłek intelektualny i finansowy w badania i rozwój technologii związanych z zagospodarowaniem energii odnawialnej.



Energia prądów oceanicznych
U wybrzeży USA w Zatoce Meksykańskiej rodzi się najpotężniejszy prąd morski przecinający w poprzek Atlantyk. Prąd Zatokowy, czyli Golfsztrom, przepływając przez Cieśninę Florydzką osiąga prędkość 9 km/godz., niosąc 30 mld m3 wody na sekundę. Na pełnym oceanie szybkość przepływu się zmniejsza, za to ta potężna morska rzeka rozlewa się na szerokość 800 km.
Energetyczne możliwości Golfsztromu dostrzegli już dawno temu żeglarze przemierzający Ocean Atlantycki z Europy do Ameryki. Doświadczeni kapitanowie statków handlowych, którzy potrafili wykorzystać ten prąd, pokonywali drogę powrotną dwa tygodnie szybciej niż inni. Przynosiło to wymierne korzyści w interesach. Jako pierwszy nad ujarzmieniem Golfsztromu zastanawiał się w XVIII w. Benjamin Franklin, jeden z „ojców założycieli" Stanów Zjednoczonych Ameryki, a jednocześnie wybitny naukowiec i wynalazca.
Dziś nad tym samym zagadnieniem pracują naukowcy z Atlantyckiego Uniwersytetu Florydy. Przygotowywany przez nich projekt zakłada umieszczenie 300 m pod powierzchnią morza w odległości 20 km od wybrzeża Florydy ogromnej flotylli turbin napędzanych siłą przepływającej wody. Tysiąc takich turbin jest w stanie wytworzyć 6-7 GW energii elektrycznej, co odpowiada jednej trzeciej zapotrzebowania całego stanu, znanego ze swej żarłoczności w konsumowaniu energii. Ze względu na gorący, zwrotnikowy klimat, jak i zamożność mieszkańców, na Florydzie połowę dostarczanej energii zużywają urządzenia klimatyzacyjne.
Prototypy turbin są już gotowe. Obecnie trwają próby techniczne. Konstruktorzy musieli pokonać wiele trudności, aby zapewnić niezawodność maszyn pracujących w skrajnie trudnym środowisku. 300 m pod wodą turbiny będą narażone na ciśnienie ponad 30 kg na 1 cm2, muszą też być odporne na słoną wodę oraz na skorupiaki, którymi będą obrastały te urządzenia. Jeszcze większe wyzwanie inżynierskie stanowi połączenie setek turbin w jedną sieć, stabilną i niewrażliwą na turbulencje. Komputerowy system sterowania będzie czuwał nad tym, by każda turbina ustawiała się zawsze przeciw prądowi, gdyż prąd morski meandruje jak rzeka, a woda kłębi się i burzy podczas sztormów.
Ta niezwykła elektrownia jeszcze nie rozpoczęła pracy (choć jej twórcy zapowiadają że stanie się to niedługo), a naukowcy już myślą o zrobieniu kolejnego kroku: chcą umieścić na dnie morza wytwórnię wodoru. Gaz ten wg futurologów ma w niedalekiej przyszłości zastąpić paliwa płynne. Do jego produkcji drogą elektrolizy potrzebne są jedynie woda i prąd elektryczny. Jednakże taki sposób wytwarzania wodoru jest dzisiaj deficytowy, gdyż w tym procesie zużywa się więcej energii niż wynosi energetyczna wartość końcowego produktu. Ale jeżeli prąd będzie dostarczał ocean niejako za darmo, to rachunek ten może wyglądać całkiem inaczej. Przy tym zużyta do produkcji wodoru woda, po wykorzystaniu (spaleniu) tego gazu wracałaby z powrotem do morza. Byłaby to więc energia w 100 procentach odnawialna i ekologicznie czysta.
Takich prądów jak Golfsztrom jest w oceanach więcej. Morza i oceany są nieskończonym źródłem energii, która w przyszłości będzie w stanie zasilać całą Ziemię.

Geotermia
Podczas gdy naukowcy z Florydy pracują nad wykorzystaniem energii oceanu, inni szukają jej głęboko pod ziemią. Tam bowiem znajdują się największe jej zasoby. Źródłem energii geotermalnej jest jądro Ziemi, gdzie panuje temperatura 4-5 tys. stopni C. Ciepło to przemieszcza się w kierunku powierzchni, lecz praktycznie do niej nie dociera, gdyż jest kumulowane w skałach lub głębinowych zbiornikach wodnych. Tam, gdzie skorupa ziemska jest cieńsza, ciepło z wnętrza globu przedostaje się na powierzchnię w postaci roztopionej magmy (wulkany) lub gorącej wody i pary (gejzery). Gorące źródła były od wieków wykorzystywane przez człowieka głównie do ogrzewania. Pierwsi na ten pomysł wpadli podobno Wikingowie, którzy już w IX w. wylądowali na Islandii. Kraj ten i dziś przoduje w dziedzinie wykorzystania energii geotermalnej, pokrywając z tego właśnie źródła 50% swego zapotrzebowania na energię w ogóle i 85% na ciepło. Natomiast największym producentem energii elektrycznej z wykorzystaniem ciepła spod ziemi są Stany Zjednoczone, dysponujące generatorami o łącznej mocy 2817 MW. Obok USA i Islandii do potentatów w tej dziedzinie zaliczają się Meksyk, Włochy, Filipiny, Japonia. Kraje te mają u siebie tereny aktywne sejsmicznie, które najlepiej nadają się do eksploatacji energii geotermicznej. W wielu innych państwach na niewielka skalę wykorzystuje się wody geotermalne do celów grzewczych.
Zalicza się do nich także Polska, gdzie działa już kilka zakładów geotermalnych o łącznej mocy około 82 MW (dane z 2004 r.). Do największych należą geotermie w Bańskiej Niżnej, Pyrzycach, Stargardzie Szczecińskim, Uniejowie. Z ujęć tych uzyskuje się wody o temperaturze od 60 do 90oC. Ponadto energię geotermalną czerpie się u nas - i to w ilości mniej więcej takiej samej, jak w zakładach geotermalnych - za pomocą pomp cieplnych. Urządzenia te, wykorzystujące różnicę temperatur między powierzchnią a ziemią na głębokości do kilkudziesięciu nieraz metrów ogrzewają zarówno pojedyncze domy, jak i całe osiedla. O jednym z takich ujęć, w Wodzisławiu Śl. pisaliśmy w „MM" nr ... z ......r.
Energia geotermalna góruje nad wszystkimi pozostałymi formami energii odnawialnej przede wszystkim tym, że jest do dyspozycji non stop, bez względu na pogodę, porę dnia czy jakiekolwiek inne warunki zewnętrzne. Ponadto można ją znaleźć wszędzie, dosłownie pod stopami, pod warunkiem, że wierci się dostatecznie głęboko. Jak dotąd ujęcia wód geotermalnych nie przekraczają na ogół głębokości 2700 m, gdzie w sprzyjających układach geologicznych woda ma temperaturę około 270oC. Można by drążyć skorupę ziemską jeszcze głębiej, korzystać z wody jeszcze gorętszej, ale im głębiej, tym drożej. Stosuje się technologię taką samą jak przy poszukiwaniach i wydobyciu ropy naftowej. Koszty są ogromne i dlatego energia elektryczna uzyskiwana z geotermi wciąż jest droższa od tej, która pochodzi z paliw kopalnych.
Czy tak zawsze być musi? W jednym z laboratorium najsłynniejszej politechniki świata - Massachusetts Institut of Technology (USA) - naukowcy symulują warunki, jakie znajdują się we wnętrzu Ziemi, tam gdzie skały są gorące i woda pod ekstremalnym ciśnieniem. Zamiast drążyć skałę świdrami, będą ją wypalać. Płomień o średnicy 13 cm i temperaturze takiej, jaką osiągają gazy spalinowe wylatujące z dysz silnika rakiety kosmicznej, roztopi wszystko, co stanie mu na drodze. Dzięki temu będzie można znacznie tańszym niż teraz kosztem wiercić na głębokość 10 km, gdzie temperatura sięga nawet 600oC, tłoczyć wodę jednym otworem i chwytać przegrzaną parę u wylotu drugiego. Ale choćbyśmy podziurawili skorupę ziemską jak ser szwajcarski, to i tak nigdy nie wyczerpią się zasoby energii geotermalnej. O skali tych zasobów świadczy fakt, że ich potencjał jest około 400 000 razy większy niż zużycie energii pierwotnej w świecie w ciągu roku. Teoretycznie więc problem z energią mamy z głowy na miliony lat.

Cały tekst artykułu w numerze 1-2/2009 MM

Udostępnij:

Drukuj




Stanisław Dąbrowski




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również