Słońce warte jest badań

Tania energia ze słońca zastąpi drogą ropę. Ale najwcześniej za pół wieku, jeśli od zaraz zaczniemy wydawać pięć razy więcej pieniędzy na badania - stwierdza raport przygotowany w USA przez kilkuset naukowców.

Raport powstał na zamówienie amerykańskiego Departamentu Energii. Dwustu uczonych różnych specjalności przez rok szukało odpowiedzi na pytanie postawione przez waszyngtońskich urzędników: czym najlepiej w przyszłości zastąpić tradycyjne paliwa - węgiel, ropę i gaz?

Ludzkość na głodzie energetycznym

- Obecna łączna moc urządzeń energetycznych zainstalowanych na świecie wynosi blisko 13 terawatów (miliardów kilowatów). Ale to nie wystarczy. Do 2050 roku światowe zużycie energii podwoi się, a pod koniec wieku będzie trzy razy większe niż dziś, nawet jeśli nauczymy się oszczędzać energię - tłumaczy prof. Nate Lewis z California Institute of Technology kierujący tym wielkim zespołem naukowców.

Skąd jednak wziąć kolejne miliardy kilowatów? Dziś 85 proc. prądu, ciepła i transportu pozyskujemy z surowców kopalnych, tj. ropy, gazu, węgla. - Na dłuższą metę to niemożliwe, bo tradycyjnych surowców jest zbyt mało, aby zaspokoić wzrastający popyt. Trzeba szukać alternatywnych rozwiązań - mówi Lewis.

Teoretycznie jest w czym wybierać. Mamy do dyspozycji wiatr, wodę, biomasę, uran, ciepło ukryte we wnętrzu Ziemi. Niestety, kiedy się przyjrzeć bliżej poszczególnym źródłom energii, jak to właśnie uczynili autorzy amerykańskiego raportu, okazuje się, że możliwości korzystania z nich na masową skalę są dziś bardzo ograniczone, a czasem - jak w przypadku energii słonecznej lub geotermalnej - wręcz znikome.

Wiatr dobry, lecz nie zawsze wieje

Jak więc dobrać się do tego bogactwa energii, które oferuje nam natura? - Nie znamy żadnego zaklęcia "sezamie, otwórz się", potrzebujemy badań i jeszcze raz badań nad tanimi technologiami. Bez nich nie zdołamy zaspokoić rosnącego zapotrzebowania na energię - mówi Lewis.

Zdaniem autorów raportu najbliższy masowego wykorzystania jest dziś wiatr. Obecne elektrownie wiatrowe mogą produkować energię w cenie 5 centów za kilowatogodzinę. - Tańszy jest tylko węgiel i gaz ziemny - podkreśla uczony.

Jednak wiatr ma swoje minusy. Nie wszędzie wieje tak mocno, by opłacało się stawiać turbiny. Według szacunków Europejskiego Towarzystwa Energii Wiatrowej całkowity potencjał taniego wiatru wynosi od 2 do 6 terawatów, czyli tylko 15-20 proc. tego, co będziemy potrzebowali w 2050 r. - Wprawdzie koledzy z Uniwersytetu Stanforda niedawno wyliczyli, że te zasoby są znacznie większe, ponad 70 terawatów, lecz te szacunki oparli tylko na komputerowych symulacjach - podkreśla Lewis.

Zaorać pola, posadzić wierzbę?

Olbrzymi potencjał ma energia, której źródłem jest biomasa, tj. organiczne odpadki lub roślinne plantacje. Jednak, jak podkreśla raport, na masową produkcję biomasy nie ma miejsca. Ucierpiałaby produkcja żywności, bo zamiast zbożem trzeba byłoby obsiewać pola tzw. roślinami energetycznymi, np. wierzbą. - To mało prawdopodobne - kwituje Lewis.

Kolejne kandydatury na surowiec przyszłości - gorące wody podziemne oraz pływy morskie - odrzucono. Raz ze względu na wysokie koszty odwiertów i nadbrzeżnych instalacji, dwa - z powodu ograniczonej liczby miejsc, gdzie mogą stanąć instalacje. - Tu i ówdzie mogą to być doskonałe rozwiązania, np. Islandia czerpie pełnymi garściami ze źródeł geotermalnych, ale dla całego świata nie wystarczą - zauważa Lewis.

Może więc uran? I ten jednak - zdaniem autorów raportu - nie zaspokoi głodu energii w XXI w. - Aby nadążyć za rosnącym popytem, do połowy wieku trzeba byłoby zbudować kilkanaście tysięcy elektrowni jądrowych, każda o mocy gigawata. To oznacza, że przez najbliższe dziesięciolecia co kilka dni musiałby ruszać nowy reaktor. Skąd wziąć pieniądze na budowę tych elektrowni, gdzie je postawić, gdzie składować powstające w nich radioaktywne odpady, jak chronić je przed zamachami terrorystycznymi i kradzieżą rozszczepialnych materiałów - wylicza wątpliwości współautor raportu prof. George Crabtree z ośrodka Argonne National Laboratory w Illinois. - Uran może być dobry dla jednego kraju czy regionu i raczej na krótką metę. Światowej energetyki nie da się na nim oprzeć - konkluduje.

Światło z góry

Docelowo - stwierdził wielki trust mózgów - powinniśmy postawić na Słońce. - To najlepsze, co może nam zaoferować przyroda. W godzinę nasza planeta otrzymuje z kosmosu tyle energii, ile ludzkość zużywa w rok - przypomina Crabtree. - Gdybyśmy tylko umieli z niej wydajnie czerpać - wzdycha.

Niestety, droga do powszechnej energetyki słonecznej jest daleka i pełna wybojów. Ogniwa fotowoltaiczne - mimo wielu lat badań - są wciąż mało wydajne, a prąd z nich bardzo drogi. Autorzy raportu wyliczyli, że gdyby wszystkie domy w USA przykryć obecnymi panelami słonecznymi, ich łączna moc wyniosłaby tylko 0,25 terawata. - To zaledwie jedna dziesiąta elektryczności, którą dziś konsumuje Ameryka - zaznacza Lewis.

Uczeni przedstawili w raporcie fascynujący pomysł zbudowania globalnej sieci elektrowni słonecznych o łącznej mocy 20 terawatów. - Powinny stanąć tam, gdzie promieniowanie słoneczne jest najsilniejsze, najlepiej blisko zwrotników. Załóżmy, że ogniwa osiągną wydajność 10 proc. (taką część energii słonecznej zamienią w prąd). Wtedy bateriami słonecznymi trzeba byłoby pokryć obszar o łącznej powierzchni 200 tys. km kw. Dziś to nierealne, ale za 30-40 lat, jeśli weźmiemy się do roboty, będzie możliwe - deklaruje Lewis.

Zdobyliśmy Księżyc, teraz pora na Słońce

Roboty jest rzeczywiście w bród. Energetyka słoneczna może się stać powszechna i tania, ale najpierw musi pokonać trzy główne bariery technologiczne - stwierdza amerykański raport. Pierwsze wyzwanie dla naukowców to wyraźne zwiększenie wydajności ogniw głównie dzięki nanotechnologii i nowym materiałom (w raporcie mowa jest też o łapaniu energii słonecznej w kosmosie i przesyłaniu jej na Ziemię). Po drugie, trzeba opanować sposoby przechowywania raz schwytanej energii słonecznej, by jej nie marnować i móc używać zarówno za dnia, jak i w nocy, latem i zimą. Po trzecie, należy tę energię zaprząc do wytwarzania innych czystych ekologicznie nośników, na przykład wodoru z wody.

Powyższe przeszkody można pokonać tylko w jeden sposób: inwestując więcej w badania. - Przynajmniej pięć razy tyle co dziś, choć i to może okazać się za mało - zauważa Lewis . A na badania nad fotowoltaiką przeznacza się obecnie w USA tylko 10-12 mln dolarów rocznie z funduszy publicznych.

- Nie ma dla nas lepszego źródła energii niż Słońce. Nie łudźmy się, że tanim kosztem zaspokoimy wilczy apetyt na prąd, ciepło i paliwa. Potrzeba nam wizji na miarę programu Apollo, dzięki któremu człowiek wylądował na Księżycu. Teraz warto tak zdobyć Słońce - wzywa uczony.