Przełomowe odkrycie. To może być nieograniczone źródło czystej energii

Według szacunków naukowców, oceaniczne fale generują od 50 do 80 bilionów watów energii - czyli dwa do trzech razy więcej, niż cała roczna konsumpcja energetyczna ludzkości. Fale to niemal nieprzerwane, przewidywalne źródło energii dostępne wzdłuż wybrzeży wszystkich kontynentów. Ich przewaga nad energią wiatru i słońca to ciągłość działania - nie zależą od pogody ani pory dnia.

Już w XVII wieku pojawiły się pierwsze pomysły na wykorzystanie fal do produkcji energii, ale prawdziwy przełom nastąpił dopiero po kryzysie naftowym w 1973 roku. Wtedy też pojawiły się pierwsze zaawansowane koncepcje technologiczne dotyczące produkcji prądu dzięki ich niezmordowanemu oddziaływaniu. Jedną z inspiracji była praca serca - pompy tłoczącej krew w rytmicznych cyklach. Tak samo działają przetworniki falowe: przechwytują ruch wody i przekształcają go w energię.

„Potencjał fal morskich jest ogromny. To naturalny partner dla energii słonecznej i wiatrowej - stabilizuje dostawy i pozwala na ich przewidywalność” - zauważyła Elena Bou, współzałożycielka EIT InnoEnergy, na łamach magazynu Forbes.

Choć urządzenia przechwytujące fale istnieją od dekad, ich efektywność - szczególnie na głębokich wodach - pozostaje ograniczona. Przełom może jednak przynieść matematyka. Zespół badawczy z Cardiff University opracował koncepcję wykorzystania fal dźwiękowych do wzmacniania fal powierzchniowych.

„W klasycznej teorii fal wodnych fale powierzchniowe i akustyczne są traktowane oddzielnie. Nasze badania pokazują, że mogą wchodzić w rezonans triadowy, przekazując energię z fali dźwiękowej do powierzchniowej” - wyjaśnia dr Usama Kadri, matematyk stosowany i autor badań opublikowanych w The Conversation .

Mechanizm polega na generowaniu dwóch fal akustycznych o odpowiednio dobranej częstotliwości. W rezultacie fala powierzchniowa zwiększa swoją amplitudę nawet o 30 proc., co znacząco zwiększa jej użyteczność energetyczną. Wzmocnione fale mogą napędzać istniejące turbiny i kolumny wodne z dużo większą wydajnością.

Do realizacji tej koncepcji potrzebny jest tylko jeden element: precyzyjnie strojony generator fal akustycznych. Takie urządzenia istnieją już w skali laboratoryjnej, więc wyzwanie polega na skalowaniu ich do zastosowań przemysłowych.

„W idealnym scenariuszu energia do zasilania generatora dźwięku pochodziłaby z fal - co czyniłoby cały system samowystarczalnym i bezemisyjnym” - zaznaczył Kadri. Trwają już symulacje i małe eksperymenty, które mają potwierdzić skuteczność mechanizmu i przygotować grunt pod komercyjne wdrożenie.

W przyszłości, ta sama technologia może mieć inne zastosowanie - np. ograniczanie siły fal tsunami. W teorii, odpowiednio skierowane fale akustyczne mogłyby zmniejszyć amplitudę fal tsunami, zanim dotrą do wybrzeża. W praktyce jednak wymagałoby to znacznie potężniejszych urządzeń oraz błyskawicznego rozpoznania parametrów fali - co obecnie nie jest możliwe.

Jak duży jest realny potencjał energii fal? Według National Renewable Energy Laboratory w USA, możliwe jest wygenerowanie nawet 1400 TWh energii rocznie - to wystarczyłoby do zasilenia około 130 milionów gospodarstw domowych. W Europie szacunki są jeszcze wyższe: 2800 TWh, czyli więcej niż globalna produkcja energii jądrowej w 2023 roku.

Taki potencjał wywołuje pytania: czy energia oceaniczna może zastąpić atom? Zdaniem Eleny Bou - potencjalnie tak. Tym bardziej że UE zamierza osiągnąć 1 GW mocy falowej do 2030 r. i aż 40 GW do 2050 r. - co pozwoliłoby zasilić 58 milionów europejskich domów.

„Fale morskie mogą zasilić przyszłość AI. Centra danych pochłaniają coraz więcej energii - a ich lokalizacja blisko wybrzeży umożliwia bezpośrednie korzystanie z czystej energii fal” - zauważyła Bou.

Energia fal ma również unikalną zaletę - wysoką akceptację społeczną. W przeciwieństwie do wiatraków, przetworniki falowe są niemal niewidoczne z lądu. Dzięki temu łatwiej uzyskać zgodę społeczności lokalnych na instalację systemów.

Dodatkowo, systemy te można instalować blisko wybrzeża lub na wyspach - co czyni je atrakcyjnymi dla odległych regionów bez dostępu do dużych sieci energetycznych. Taka zdecentralizowana produkcja energii wspiera niezależność energetyczną i demokratyzację źródeł odnawialnych.

Oczywiście nie można zapominać o wpływie na środowisko morskie - hałas, zakłócenie siedlisk i zmiana procesów przybrzeżnych to potencjalne zagrożenia. Dlatego w USA i UE obowiązują surowe przepisy regulujące wpływ projektów falowych na ekosystem.

Choć technologia falowa wciąż jest kosztowna, jej komercjalizacja postępuje. W USA administracja Bidena przeznaczyła 112 milionów dolarów na finansowanie 17 projektów demonstracyjnych. W Europie trwa realizacja projektów Saoirse i Seaworthy, testujących m.in. połączenie fal, wodoru i platform pływających.

Najbardziej obiecujący jest projekt HiWave-5 firmy CorPower Ocean, która zainstalowała pierwszą komercyjną boję demonstracyjną w 2023 r. cztery kilometry od wybrzeża Portugalii. Po zakończeniu testów, energia z przetworników ma zasilać krajową sieć energetyczną.

Urządzenia te przetrwały już kilka sztormów, a wstępne analizy potwierdzają ich trwałość. „Znamy już receptę: badania i rozwój, finansowanie publiczne i stabilne warunki rynkowe, które zachęcą prywatnych inwestorów” - podkreśliła Bou.

Niezwykle istotne jest jednak dokładne zbadanie tego, jak nowe rozwiązania będą wpływać na środowisko morskie. Dotyczy to zwłaszcza wykorzystywania w morzu fal dźwiękowych do manipulowania falami. Morskie ssaki, zwłaszcza walenie takie, jak delfiny, orki czy wieloryby, wykorzystują dźwięk do porozumiewania się i nawigacji. Wytworzone przez człowieka źródła morskiego hałasu, takie jak silniki statków handlowych czy sonary, już dziś poważnie zaburzają ich zdolność do komunikacji czy odnajdywania drogi, co z kolei prowadziło już wielokrotnie do masowych zgonów wyrzuconych na brzeg zwierząt. Nowa technologia będzie musiała przejść rygorystyczne testy, które wykażą, czy wywiera ona negatywny