Skąd świat będzie czerpał energię, kiedy zrezygnuje z węgla
Rok temu nikt z nafciarzy nie spodziewał się, że to początek końca. Świat nagle się jednak zatrzymał. I nagle prawie przestał potrzebować benzyny.
Przed rokiem ropa naftowa sprzedawała się doskonale, bo niby dlaczego miałoby być inaczej? I przynosiła krociowe zyski. Cena baryłki w styczniu 2019 r. oscylowała w okolicach 55 dol. To mało w porównaniu ze szczytowymi 160 dol. z czerwca 2008 r., ale nadal zyski pozwalały myśleć o świetlanej przyszłości całej branży. Peak Oil? Mrzonki ekologów.
Peak Oil, czyli "szczyt wydobycia ropy naftowej", to termin który pojawiał się w dyskusjach nafciarzy i ekonomów już od stulecia. Oznacza moment, w którym wydobycie ropy dobija do szczytu i rozpoczyna nieodwracalny spadek. Zwykle moment ten wiązany był z wyczerpaniem łatwych do wydobycia złóż wysokiej jakości. Najpierw prognozowano, że nastąpi w 1919 r. Później, że w 1960 r. Potem w 1985 r. Wbrew prognozom naftowy boom trwał. W 2020 r. było jednak inaczej.
Alarm podnieśli sami nafciarze. Konkretnie badacze naftowego giganta BP. Zgodnie z ich prognozami opublikowanymi w "BP Energy Outlook 2020", zapotrzebowanie na ropę nigdy nie wróci do poziomów sprzed pandemii. Odbije się nieco wraz z restartem światowej gospodarki, ale wiele zmian w sposobie funkcjonowania całych społeczeństw, które wypracowano w minionym roku (praca zdalna, konsumpcja rozrywki w formie cyfrowej) już z nami zostanie. I wedle prognozy analityków BP doprowadzi do spadku zapotrzebowania na paliwo z ropy o jedną trzecią.
Trzeba podkreślić, że BP występuje tu w roli naftowej Kasandry. Zapotrzebowanie może spadać, ale produkcja nadal rośnie. Analitycy z innych ośrodków twierdzą, że ropa ma przed sobą jeszcze kilka dobrych lat. Zgadzają się jednak, że widać już koniec jej epoki.
Presja klimatyczna sprawi, że wydobycie po prostu przestanie się opłacać. Nawet najwięksi optymiści z branży wieszczą, że kres ma nastąpić w połowie stulecia. Jednocześnie zapotrzebowanie ludzkości na energię ma w tym czasie drastycznie wzrosnąć. Wszystkie nowe domy, fabryki, serwerownie i elektryczne samochody sprawią, że w 2050 r. , łączne zapotrzebowanie ma wzrosnąć o 50 proc. w stosunku do 2019 r.
Energia przyszłości
Pomysły na przyszłościowe źródła energii są rozmaite. Od całkiem przyziemnych, aż po - na pierwszy rzut oka - zupełnie fantastyczne. Łączy je jedno. Większość potencjalnych, rozważanych w kontekście najbliższych kilkudziesięciu lat źródeł energii, to źródła niegenerujące gazów cieplarnianych, bądź robiące to w bardzo ograniczonym zakresie.
Oto pomysły na futurystyczne elektrownie.
Fuzja
"Fuzja jest energią przyszłości i zawsze nią będzie" - to żart, jaki od lat, jeśli nie dziesięcioleci, powtarzają sobie fizycy jądrowi. Fuzja jądrowa to proces, w którym dwa atomy lekkiego pierwiastką łączą się, tworząc atom pierwiastka cięższego i emitują przy okazji ogromne ilości energii. Ten sam mechanizm "napędza" Słońce i bomby wodorowe.
Już w latach 50. naukowcy uważali, że to właśnie fuzja będzie paliwem przyszłości, bo nie potrzebuje żadnych nadzwyczajnych surowców (jej paliwem jest wodór, czyli najpowszechniejszy pierwiastek we Wszechświecie). Nie generuje też żadnych zanieczyszczeń. Elektrowniom fuzyjnym nie grozi też katastrofalna awaria podobna do Czarnobyla, bo żeby fuzja zachodziła, potrzebne są bardzo precyzyjnie kontrolowane warunki. Jeśli coś pójdzie nie tak, reaktor zgaśnie, a nie wybuchnie. W tej zalecie tkwi jednak też problem.
Po dziesięcioleciach badań i budowie ponad stu eksperymentalnych reaktorów wiemy, że zmuszenie atomów wodoru do połączenia się jest ekstremalnie trudne.
Istniejące dziś reaktory fuzyjne zazwyczaj pobierają więcej energii, niż jej generują.
I pomimo ogromnych wydatków postępy w pracach nad tą technologią idą bardzo wolno. Unia Europejska tylko w latach 90. wydała na badania nad fuzją 10 mld euro.
Budowany właśnie we Francji międzynarodowy generator ITER, przy konstrukcji którego współpracują Europejczycy, Amerykanie, Rosjanie, Chińczycy, Japończycy i Koreańczycy, będzie kosztował ponad 65 mld euro. Ma generować 500 megawatów mocy przez 20 minut. To naprawdę dużo, bo czas stabilnej pracy dotychczasowych generatorów mierzony był w milisekundach.
Jeśli projekt się powiedzie, komercyjne elektrownie zasilane w ten sposób mogłyby zacząć działać już w latach 50. XIX w. Część badaczy z USA i Wielkiej Brytanii sugeruje nawet, że najnowsze generacje elektromagnesów, stanowiących podstawę funkcjonowania reaktora, mogą pozwolić osiągnąć ten cel znacznie szybciej. Może nawet za kilkanaście lat.
Prąd z przypływów
Duża, sztormowa fala to energia w formie rozzłoszczonego płynu. Szacuje się, że wysoka na 15 m. fala, spotykana często na otwartym morzu podczas intensywnych burz, niesie 1,7 megawata mocy na każdy metr swojej długości. Takie fale powtarzają się średnio co 15 sekund. Urządzenia przechwytujące tę energię mają ogromny potencjał. Zagospodarowanie energii fal dobijających do wybrzeży USA mogłoby dawać rocznie 252 mld kilowatogodzin prądu (to by wystarczyło na zasilenie wszystkich domów i mieszkań w Nowym Jorku przez trzy lata).
Jest wiele pomysłów na to, jak przechwycić tę energię. Od klasycznych turbin po zawieszone w toni boje połączone z generatorami na dnie. Istnieją już pierwsze takie instalacje. USA, Wielka Brytania, Portugalia i Australia stworzyły, na razie niewielkie, testowe elektrownie, choć wiele z zainicjowanych projektów, jak pierwsza, komercyjna elektrownia falowa Aguçadoura w Portugalii, upadło.
Samo przechwytywanie energii fal nie jest wcale największym problemem. Większym jest jej transport w głąb lądu z często odległych optymalnych stanowisk (90 proc. amerykańskiej energii falowej miałoby powstawać u wybrzeży Alaski). Kolejna przeszkoda to zminimalizowanie wpływu takich elektrowni na środowisko. Zagrożenie ze strony urządzeń przechwytujących energię dla zwierząt morskich jest poważne.
Słońce 2.0
Energia z ogniw słonecznych jest najszybciej rozwijającą się gałęzią zielonej energetyki. Od 2009 r. jej koszt spadł o 90 proc. W 2008 r. energia słoneczna zapewniała mniej niż 0,01 proc. zapotrzebowania świata na energię elektryczną. W 2018 r. było to już 2 proc., a szacunki mówią, że w 2040 r. Słońce będzie dawać 20 proc. całej energii elektrycznej potrzebnej ludzkości.
Możliwości paneli słonecznych rosną. Ich cena spada z roku na rok, a wiele wskazuje, że to dopiero początek, bo naprawdę ekscytujące możliwości tej technologii dopiero się otwierają.
W 2014 r. inżynierowie z Uniwersytetu Michigan opracowali cienkie, przezroczyste panele słoneczne, które można naklejać na dowolną szklaną powierzchnię. W ubiegłym roku technologia została tak dopracowana, że panele nie różnią się pod względem zdolności przepuszczania światła widzialnego od klasycznego szkła. Każde okno, szklane drzwi, przeszklony dach w samochodzie czy ekran dowolnego urządzenia elektronicznego, może stać się generatorem prądu.
To możliwe, bo w przeciwieństwie do konwencjonalnych ogniw fotowoltaicznych, przezroczyste ogniwa wychwytują jedynie tę część spektrum światła słonecznego, której nie widzi ludzkie oko, podczerwień i ultrafiolet. Taki panel o wielkości trzech metrów kwadratowych wychwytuje dość energii, by zasilić trzy laptopy. Przezroczyste panele nie są wprawdzie tak efektywne, jak klasyczne, ale ich zaletą jest to, że mogą być instalowane w miejscach, gdzie dotąd nie do pomyślenia było umieszczanie jakichkolwiek ogniw fotowoltaicznych, na przykład na ścianach wieżowców, co zmieniłoby je w niewielkie, ale efektywne, zielone elektrownie.
Geotermia
Drugim, po słońcu, największym źródłem naturalnej energii dostępnej ludzkości jest ciepło generowane przez naszą planetę. W zeszłym roku na świecie funkcjonowały generatory geotermalne o łącznej mocy niemal 14 gigawatów. To może być jednak zaledwie przygrywka. Rozgrzana magma płynąca głęboko pod powierzchnią Ziemi może stać się bezcennym - i wszechobecnym - źródłem energii.
Dobranie się do tego źródła nie będzie jednak proste. Żeby osiągnąć naprawdę dużą efektywność elektrowni geotermalnej, trzeba wykopać szyb o głębokości co najmniej czterech kilometrów. Tam panują temperatury rzędu 400 st. Celsjusza. Na razie pierwsza, eksperymentalna instalacja na głębokość 4659 m. działa na Islandii.
Powołany przez ONZ Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu szacuje, że geotermia potencjalnie może dawać ludzkości dwa terawaty czystej energii rocznie.
Glony
W przeciwieństwie do roślin dziś powszechnie stosowanych w produkcji biopaliw, takich jak soja, farmy genetycznie modyfikowanych alg mogą powstawać na obszarach zupełnie nienadających się do uprawy roślin jadalnych lub w zbiornikach pływających na powierzchni wody. Z jednego hektara takiej uprawy można otrzymać potencjalnie 15 tys. litrów biopaliwa.
Spalanie biopaliw generuje gazy cieplarniane, zwłaszcza CO2, ale w przeciwieństwie do paliw kopalnych, nie wpływa zasadniczo na zwiększenie ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Co najwyżej nie przyczynia się do jej zmniejszania. Dlaczego? Ponieważ biopaliwa zwracają do atmosfery dwutlenek węgla wychwycony z niej przez rośliny zaledwie kilka dni, tygodni czy miesięcy wcześniej. Paliwa kopalne pompują do niej CO2, które spoczywało związane w skałach przez miliony lat.
Wodór
Najpowszechniejszy pierwiastek we wszechświecie może zasilać elektrownie fuzyjne, ale może też bezpośrednio służyć, jako paliwo. Łatwopalny gaz można po prostu spalać, ale może on też stanowić podstawę tak zwanych ogniw paliwowych, w których dzięki reakcji wodoru i tlenu powstaje prąd i ciepło, a jedynym "odpadem" jest woda.
To nie nowa technologia. Ogniwa paliwowe zasilały wszystkie amerykańskie statki kosmiczne od lat 60., aż do końca lotów promów kosmicznych.
W przypadku aut osobowych problemem jest, paradoksalnie, dostępność samego paliwa - organizacja branżowa FuelCellsWorks obliczyła, że z końcem 2019 r. na świecie było 330 wodorowych stacji paliw. Przyszłość wodoru wcale nie musi być uzależniona od popularności zasilanych nim samochodów, bo ten sposób generacji energii może znaleźć zastosowanie przede wszystkim w przemyśle, dając czystą opcję tradycyjnie bardzo zanieczyszczającym środowisko branżom.
To, czy wodór pomoże w walce ze zmianami klimatycznymi, zależy w ogromnym stopniu od tego, jak będzie generowany. Dziś jest wytwarzany głównie z paliw kopalnych. Na razie zaledwie 4 proc. wodoru powstaje dzięki odnawialnym źródłom energii.
Orbitalne elektrownie
W ciągu godziny do Ziemi dociera ze Słońca więcej energii niż ludzkość produkuje przez rok ze wszystkich źródeł, jakie zdołała stworzyć. Jednocześnie zaledwie około 40 proc. energii słonecznej, która dociera do naszej planety, przebija się przez atmosferę. Orbita ziemska jest więc wymarzonym miejscem do generowania energii z promieni słonecznych. Jeśli uda się rozwiązać jeden problem techniczny (bo gdyby to była tylko kwestia wystrzelenia w kosmos odpowiednio wielkich paneli, nocne niebo już dziś byłoby usłane orbitalnymi elektrowniami).
Ta technologia ma ogromny potencjał, by pomóc w zrównoważonym rozwoju energetycznym. Nie tylko pozwala generować czystą energię, ale jest też uniwersalna, bo umożliwia zasilanie sieci energetyczne na Ziemi, ale i misje na innych ciałach niebieskich
Na drodze do produkcji energii w sposób zupełnie niewpływający na ziemskie środowisko, bo prowadzonej z dala od Ziemi, stoi jeden "drobiazg". Wyprodukowaną energię trzeba jakoś na Ziemię przesłać.
Jednym z pomysłów jest wyposażenie generujących prąd satelitów w nadajniki mikrofal lub lasery i - za ich pomocą - przesyłanie energii do odbiorników na Ziemi. Taki odbiornik musiałby być jednak ogromny. Wstępne analizy mówiły o instalacjach antenowych o średnicy 10 km. Szacunkowy koszt to miliard dolarów za 5 gigawatów przesyłanej mocy.
