Jaka powinna być? Jej główne cechy wyznaczają bardzo ambitne plany ratowania środowiska naturalnego. Przyjmuje się, że przy jej wytwarzaniu nie mogą być emitowane zanieczyszczenia. Urządzenia do jej produkcji powinny być dostępne zarówno dla bogatych krajów jak i biednych. Dotyczy to również surowców. Sezonowe zmiany warunków klimatycznych nie mogą wpływać na efektywność wytwarzania nowej energii. Są jeszcze inne wymagania jak na przykład niezawodność działania. Jednak już z tych podanych cech wynika, że mamy piekielnie trudne do zrealizowania zadanie, prawie niemożliwe. Jednak naszym przodkom, żyjącym ponad milion lat temu, udało się opanować ogień.
Zaczęło się od ognia
Człowiek zawsze pragnął lepszego życia. Dotyczy to również ludzi żyjących setki tysięcy lat temu. Jak mogły wyglądać warunki życia ludzi epoki paleolitu (około 80 000 lat temu) można zobaczyć w filmie „Walka o ogień” J. Annauda. Opanowanie ognia było ogromnym osiągnięciem. Człowiek zdobył przewagę nad światem zwierząt.
Pomimo tego, że świat tak mocno zmienił się, płonące ognisko na leśnej polanie ma wciąż moc łączenia ludzi. Ogień w kominku domowym daje nam poczucie bezpieczeństwa i nastraja nas pozytywnie do życia. Niestety o tradycyjnym kominku, w którym spalamy drewno należy zapomnieć dla dobra klimatu. Teraz musimy naprawiać nie tylko swoje błędy, ale również te jakie popełnili nasi przodkowie.
Jakie błędy popełniono?
Człowiek rozpoczął degradację środowiska naturalnego prawie 5500 lat temu, w epoce brązu. W tym czasie opanowano proces wytopu metali. Korzystano z ciepła ze spalania drewna. Doskonaląc proces wytopu stwierdzono, że lepszym materiałem jest węgiel drzewny, ponieważ nie spalał się intensywnie, uzyskiwano trzykrotnie więcej energii cieplnej. Zapotrzebowanie na metale było bardzo duże, a to oznaczało, że należało wytworzyć jeszcze więcej węgla drzewnego. Wycięto ogromną liczbę drzew od Bliskiego Wschodu aż po Chiny.
Na całe szczęście nasi przodkowie zauważyli, że do wytopu metali, a szczególnie żelaza lepszym materiałem jest węgiel kamienny. Był on wykorzystywany już znacznie wcześniej, na przykład w świątyniach do podtrzymywania ognia. O tym, że może to być cenny materiał wiedzieli hierarchowie kościoła Angli, którzy postanowili kontrolować jego wydobycie i sprzedaż, co wywoływało konflikty. Jednak w tamtych czasach wykorzystywano niewielkie ilości węgla kamiennego oraz brunatnego. Ogromne zapotrzebowanie na węgiel zanotowano w czasie pierwszej rewolucji przemysłowej. Powstawały wtedy wielkie miasta, które po zmroku stawały się bardzo niebezpieczne, ponieważ brakowało oświetlenia. Może nie bezpośrednio, ale wtedy węgiel kamienny przyczynił się do niszczenia środowiska naturalnego. Okazało się, że najlepszym paliwem do lamp ulicznych jest olej z wielorybów. Zabito dla „biooleju” dużą liczbę wielorybów i to w sposób wyjątkowo okrutny. Szczególnie tragiczny los spotkał kaszaloty. Polowano na nie, ponieważ ich olej nie wydzielał nieprzyjemnych zapachów, ale świece wytworzone z tego oleju były bardzo drogie. Od całkowitej zagłady wieloryby uratowała ropa naftowa.
Następnie do węgla i ropy naftowej dołączył gaz ziemny i tak zaczął się niesamowity rozwój gospodarczy wielu krajów, ale także przyspieszająca degradacja środowiska naturalnego. Niestety w tej chwili zagrożone są nie pojedyncze gatunki zwierząt lub roślin, ale cała Ziemia.
Najwyższy czas aby zgasić ogień
Proces spalania jest ogromnym marnotrawstwem surowców. Elektrownie konwencjonalne, które zużywają węgiel, ropę, bioolej, gaz ziemny, biogaz, a także drewno mają sprawność około 20%. Jednocześnie do atmosfery emituje się ogromne ilości CO2 oraz inne szkodliwe zanieczyszczenia. Przyszedł więc czas na elektrownie, które wytworzą energię z innych efektywniejszych procesów.
Czy Słońce jest najlepszą energią?
Słońce jest bardzo atrakcyjnym źródłem energii. Część tej energii pochłoniętej w procesie fotosyntezy była i jest wykorzystywana przez człowieka. Ale metoda polegająca na spalaniu drewna, którą znali nasi przodkowie, powinna przejść do historii. Natomiast warto doskonalić technologie przetwarzania biomasy w biogaz. Dobrze jak odbywa się to w sposób naturalny. Jednak zaczyna to być mało ekologiczne jeżeli uprawia się na przykład kukurydzę po to aby zapewnić odpowiednią ilość biomasy. Już teraz wysokie koszty nawozów potrzebnych do uprawy kukurydzy powodują, że w USA zmniejsza się jej produkcję. Okaże się, że biogazownie będą wytwarzały bardzo drogą energię elektryczną. Dobrze, że nie będzie to miało i tak dużego wpływu na światową produkcję energii, ponieważ zarówno spalanie drewna jak i biogazownie mają znikomy udział w produkcji energii elektrycznej.
Udział Słońca jest również w produkcji energii elektrycznej w siłowniach wodnych oraz siłowniach wiatrowych. Naturalny obieg wody w wyniku parowania i następnie skraplania stwarza możliwości ciągłego zasilania turbin wodnych. Liczba krajów, w których można zamieniać energię płynącej wody nazywaną białym węglem na energię elektryczną, jest niestety niewielka. Jednocześnie zmiany klimatu wpływają na niezawodność działania elektrowni wodnych o czym w ostatnich latach przekonali się Szwedzi, a szczególnie w roku 2018 w czasie panującej w ich kraju suszy.
Natomiast coraz większy jest udział energii elektrycznej wytwarzanej w siłowniach wiatrowych i będzie on jeszcze większy. Ale ich mankamentem jest także zależność od pogody, która jak wspomniałem jest coraz bardziej kapryśna. Ponadto liczba urządzeń ma również swoje granice, a to powoduje, że siłownie wiatrowe nigdy nie zastąpią elektrowni opalanych węglem, czy gazem. Ten sam problem dotyczy urządzeń fotowoltaicznych. Energia słoneczna, która dąży do Ziemi jest ogromna, ale znaczna część tej energii nie dociera na jej powierzchnię. Około 30 % energii przenoszonej przez promieniowanie słoneczne odbija się od atmosfery otaczającej kulę ziemską. Należy również uwzględnić pory roku, a także wpływ zanieczyszczonego powietrza. Ponadto sprawność ogniw fotowoltaicznych nie jest duża. Opisane urządzenia wykorzystujące energię ze Słońca mają wiele wad i mogą jedynie spełniać rolę obiektów wspomagających. Oznacza to, że musimy szukać innych źródeł energii.
Może sztuczne słońce?
Postanowiono skonstruować takie urządzenie, w którym odtworzy się naturalne reakcje zachodzące na Słońcu. Największe nadzieje wiąże się z reaktorami termojądrowymi nazywanymi tokamakami. W urządzeniach tych plazma utrzymywana jest z dala od ścian reaktora za pomocą silnego pola magnetycznego. W ten sposób można uzyskać temperaturę o ogromnej wartości, wynoszącej 100 – 150 milionów stopni. Chociaż prace badawcze zaczęły się w ubiegłym wieku, to wdrożenie tej idei będzie ogromnym sukcesem na miarę 21-go wieku. Elektrownie z reaktorami termojądrowymi będą wyjątkowo przyjazne dla Ziemi. Na przykład w elektrowni plazmowej o mocy 1GW zużyje się przez cały rok sto kilogramów deuteru i kilka ton litu. Natomiast w elektrowni węglowej o takiej samej mocy należy spalić około dwóch milionów ton węgla. Prawdopodobnie w Chinach powstanie urządzenie w skali technicznej. Jednak wielu naukowców uważa, że powszechne stosowanie tego typu reaktorów nastąpi około 2100 roku.
Czy to oznacza, że w tej chwili musimy polubić elektrownie jądrowe?
Pół kilograma uranu jest w stanie zapewnić tyle samo energii co 1,4 miliona kilogramów węgla. Jest surowcem, który na Ziemi występuje 40 razy częściej niż srebro. Również ten surowiec możemy wydobywać w Polsce. Aby uzyskać pożądaną koncentrację najważniejszego izotopu, wydobytą rudę poddaje się różnym zabiegom technologicznym jak obróbka termiczna, ługowanie, aby na końcu odwirować w specjalnych wirówkach. Cały proces technologiczny jest bardzo energochłonny przez co cena paliwa jest wysoka i będzie jeszcze wyższa, ponieważ zwiększyło się zainteresowanie budową nowych reaktorów jądrowych. Na przykład w Chinach zamierza się wybudować duże elektrownie, które wyprodukują więcej energii elektrycznej niż wszystkie elektrownie jądrowe w UE i w USA. Dużym zainteresowaniem zaczęły się cieszyć małe elektrownie jądrowe, które zasilane są mniej niebezpiecznym paliwem. Będą one elektrowniami lokalnymi zapewniającymi bezpieczeństwo energetyczne strategicznym zakładom i dużym aglomeracjom. Mają one jednak wielu przeciwników. W krajach niestabilnych politycznie budowa elektrowni jądrowych może być bardzo niebezpieczna i może przyczynić się do zagłady życia na Ziemi. Należy pamiętać o tym, że koszty wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych, a szczególnie w małych, są wyższe w stosunku do elektrowni konwencjonalnych, a to oznacza, że wiele krajów ubogich tak szybko nie zrezygnuje z procesu spalania węgla i gazu.
Dokąd więc zmierzamy?
Nie mamy nowej ekologicznej energii i w najbliższej przyszłości taka nie powstanie. Bogate kraje zastąpią elektrownie węglowe i gazowe elektrowniami jądrowymi. Będą produkowały coraz więcej wodoru. Aby zmusić biedniejsze kraje do podobnych rozwiązań wprowadzą nowe zasady wymiany handlowej. Oznacza to, że kraje biedniejsze będą jeszcze bardziej biedne. W takich krajach demokracja nie istnieje, pojawiają się wtedy niepokoje społeczne. Ludność będzie opuszczała kraje „biedy”, aby zapewnić bezpieczeństwo swoim dzieciom.
Jeżeli jeszcze długo będą istniały elektrownie zasilane węglem lub gazem, to może jednak warto usuwać dwutlenek węgla po procesie spalania węgla i to przy pomocy reaktorów glonowych. Wciąż uważam, że glony mogą uratować naszą planetę.
