Obnovljivi i ekološki izvori energije (off pcchip ljeto 2004)

Naša ovisnost o nafti i ostalim fosilnim gorivima vidljiva je na svakom koraku. I ratovi se vode oko toga. No, fosilnih goriva ima za još stotinjak godina, i vrijeme je da razmislimo kako dalje.

Piše: Dražen Jurman

U vrijeme nastanka ovog teksta, sredina lipnja, dva su događaja obilježavala svjetsku energetsku scenu. Prvi je luda igra cijena nafte na tržištu, koja se mijenjala svakodnevno, a svijet je bio u strahu hoće li se ponoviti naftna kriza. Uzmemo li u obzir da su nafta i fosilna goriva izvor čak 85 posto svjetske energije, jasan je strah. Vrijedi istaknuti da svjetske udruge za očuvanje okoliša tvrde da je taj postotak i veći, da izvori energije ovise o fosilnim gorivima oko 90 do 93 posto. Drugi događaj koji je obilježio svjetsku energetsku scenu je Kongres o obnovljivim izvorima energije, koji se u vrijeme krize događao u Njemačkoj. S njega je ponovo upućen poziv svijetu, a posebno velikim korporacijama, prvenstveno iz Amerike, da se proširi upotreba obnovljivih, enviromental friendly izvora energije, prvenstveno sunca, vjetra i biomase.

Hladna fuzija

No, prije nego našu pažnju usmjerimo na te izvore energije, bacimo malo pogled u budućnost jednom pričom iz prošlosti. Početak 1989. godine donio je prvo veliko oduševljenje u svijetu, a onda i razočarenje. Znanstvenici Pons i Fleischmann šokirali su znanstveni svijet tvrdnjom da su otkrili hladnu fuziju, izvor energije budućnosti. Radeći na eksperimentu sa vrlo primitivnom opremom, parom elektroda povezanih s baterijom, uronjenom u posudu s takozvanom teškom vodom, (tri atoma vodika na jedan kisika), otkrili su povišenu temperaturu koja se može objasniti samo kao produkt nuklearnog procesa. Znanstvenici širom svijeta istog trenutka su pokušali ponoviti eksperiment, no nakon brojnih pokušaja nisu uspjeli. Pons i Fleischmann ismijani su, a njihova imena danas služe kao sinonim za samozvane znanstvenike. Ipak, bilo je to dovoljno da pokrene lavinu istraživanja u ovom području, od kojih su neka donijela i obećavajuće rezultate. Jedan od njih je i onaj JET-a, Joint European Torusa, koji su u svom laboratoriju u Engleskoj zagrijali izotop vodika deuterij na 300 milijuna celzija, što je višestruko veća temperatura nego u Suncu. U tim uvjetima dolazi do kolizije i fuzioniranja jezgra atoma vodika, a tako oslobođena snaga dala bi gotovo neograničenu energiju. Premda im je to uspjelo, problem je što se to dogodilo jednom i na samo nekoliko trenutaka. Od tada do danas eksperimenata je sve više, ali zasada još nema nekih predviđanja kada će hladna fuzija biti dovoljno stabilna i kontrolirana da postane izvor energije u eksperimentalna, a kamoli komercijalne svrhe. Optimisti kažu još nekih 20-ak godina, pesimisti čak 50. Do tada, ostaje da se okrenemo nekim bližim i jednostavnijim stvarima koji bi nam poslužili kao izvor energije.

Alternativni ili obnovljivi

Hladna fuzija je jedna od primjena vode kao izvora energije. Voda je zapravo do sada jedina i mogla konkurirati fosilnim gorivima, čak im je i ekonomski konkurentna. Unatoč tome, često su je smatrali alternativnim izvorom energije. Međutim, taj se pojam više ne koristi, jer alternativno znači nešto što samo zamjenjuje glavno, a s obzirom na značenje i smisao koje će izvori energije budućnosti imati za čovječanstvo koristi se izraz renewable energy, odnosno obnovljiva energija. Bez obzira na to koliko se puna priča o obnovljivim izvorima energije, dojam da se ona još uvijek doživljava kao alternativa ostaje. Stvari će se brzo (morati) promijeniti, jer se energije troši sve više, a fosilna goriva, osim što zagađuju okoliš, imaju još jednu veliku manu, potrošna su. U zadnjih 30-ak godina potrošnja energije u svijetu se udvostručila. Uzmemo li u obzir činjenicu da danas i u Hrvatskoj sve više domova ima, na primjer, klima uređaj, mobitel po glavi, hladnjak i škrinju, i da dalje ne nabrajamo, jasno je da će potrošnja rasti i dalje. Stoga obnovljivi izvori energije imaju veliku perspektivu, pa sve više zemalja u svijetu ulaže u istraživanje i implementaciju ovih izvora. Kod nas za sada dominira voda, kao sirovina za proizvodnju struje u hidroelektranama.

(Ne)ekološke hidroelektrane

Hidroenergija je danas najznačajniji obnovljivi izvor energije i u svijetu. U posljednjih 30-ak godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je njena uloga u ukupnoj svjetskoj proizvodnji energije još uvijek mizernih 3.5 posto. Unatoč svojoj popularnosti kod ljudi, hidroelektrane i nisu toliko ekološki dobar proizvođač energije. S obzirom na to hidroelektrane traže puno tekuće vode, čiji nivo oscilira sušama i kišama, zahtijevaju brane i akumulacijska jezera. To pak diže cijenu elektrane, ali i razinu podzemnih voda u okolici akumulacijskih jezera, koja ima bitan utjecaj na biljni i životinjski svijet.

Riječne vode nisu jedine koje mogu biti izvor energije, to može biti i morska voda, konkretno energija plime i oseke. Naime, na nekim obalama razlika razine mora za plime i oseke može biti 10 ili više metara, što predstavlja određeni energetski potencijal. Princip je sličan kao i kod hidroelektrana: energija nadolazeće vode pokreće turbinu, koja pokreće generator i tako proizvodi električnu energiju. Izgleda jednostavno, ali je daleko od toga. Da bi plimni val imao veću kinetičku energiju potrebno je sagraditi akumulacijsko jezero, odnosno pregraditi zaljev branom. Akumulirano more se kroz propuste usmjerava na turbine, koje su dvosmjerne, pa se sličan postupak ponavlja pri povlačenju mora. Glavni problem leži u činjenici da proizvodnja struje nije kontinuirana, nego se prekida u razdobljima akumulacije. Situacija bi mogla biti bolja u smještajem elektrana u morskim tjesnacima, gdje se zbog kanaliziranja plimnog vala povećava njegova energija. Za pogon generatora bi se koristile podvodne turbine slične kao kod vjetroelektrana. Ista tehnologija mogla bi se iskoristiti i za proizvodnju energije od morskih struja, ali je još uvijek u delikatnoj fazi prelaska sa ideje na realizaciju.

Element Zemlja

Od četiri osnovna elementa čak su tri obnovljivi izvori energije, voda, zemlja i zrak. Kako smo vodu apsolvirali, na redu je zemlja, ili bolje rečeno njena geotermalna energija, odnosno korištenje topline Zemljine unutrašnjosti. Za iskorištavanje ove energije puno je ideja, a neke od njih nalaze i svoju realizaciju. Dva su osnovna načina korištenja geotermalne energije, izravno i neizravno. Izravno znači korištenje vruće vode koja izbija ili je ispumpana iz podzemlja. Indirektno korištenje geotermalne energije znači dobivanje električne struje. Ovdje se princip rada ne razlikuje bitno od klasičnih termoelektrana na ugljen ili mazut, osim u načinu na koji se dobiva vodena para. Ovisno o temperaturi vode ili pare u podzemlju razvijeno je nekoliko različitih tehnologija. Prednost ovog izvora energije je što je to jeftin, stabilan i trajan, nema potrebe za gorivom, a u pravilu nema ni štetnih emisija. Iako su i slabosti brojne, geotermalna energija je, nakon hidroenergije, najznačajniji obnovljivi izvor, čak nekoliko puta značajniji od energije vjetra, Sunca i morskih mijena zajedno.

Uz geotermalnu energiju, važan obnovljivi izvor je i biomasa. Ona se može izravno pretvarati u energiju izgaranjem, proizvodnjom vodene pare za grijanje u industriji i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama. Glavna je prednost biomase u odnosu na fosilna goriva manja emisija štetnih plinova i otpadnih voda, te zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije. Prema dokumentima EU predviđa se da će proizvodnja energije iz biomase u odnosu na ostale obnovljive izvore energije 2010. iznositi 73%. Najveći potencijal ali i korištenje biomase je sigurno biodizel, koji već pokreće javni prijevoz u razvijenim europskim zemljama. Očekuje se i njegova primjena u Hrvatskoj, ZET ga je prvi najavio kao gorivo za svoje autobuse.

A vjetar puše ….

Iskorištavanje energije vjetra je najbrže rastući segment proizvodnje energije iz obnovljivih izvora, prvenstveno zahvaljujući poboljšanju turbina, čija se snaga u zadnjih nekoliko godina utrostručila. A radovi na boljim, većim i jačim turbinama su u radu, pa se očekuje da će moći generirati snagu između 3 i 5 MW. Unatoč toj primamljivosti, još uvijek je glavni problem iskorištenosti ovog izvora energije cijena i problem stalnosti, ili bolje rečeno nestalnosti puhanja vjetra. Stoga se instalacija vjetrenjača smatra privilegijom koju si mogu priuštiti samo bogate zemlje, a činjenica da je cijena vjetrenjače veća od cijene termoelektrane po MW instalirane snage samo potvrđuje to tezu. Ipak, razvojem tehnologije ta razlika sve je manja, pa se uskoro očekuje povećanje trenutno malog udjela energije vjetra u ukupnoj potrošnji.

Njemačka i Danska su trenutno sinonimi za proizvodnju električne energije iz vjetra, a Danci do 2030. godine planiraju zadovoljiti preko polovine energetskih potreba kućanstava upravo iskorištavanjem energije vjetra. S obzirom da u Danskoj pušu povoljni vjetrovi za proizvodnju energije, a radi se o ekološki svjesnoj zemlji, treba očekivati da će ostvariti ovaj ambiciozni plan. Inače, povoljan vjetar je onaj koji je umjeren i stalan, poput na primjer našeg maestrala. Kad spominjemo Hrvatsku, treba reći da se kod nas još uvijek provode istraživanja isplativosti energije vjetra. Premda će mnogi pomisliti da smo idealna zemlja za ovaj tip energije, to možda i nije tako, jer jaki i brzi vjetar poput bure može biti dobar izvor energije, ali i opasnost da naleti vjetra unište vjetrenjaču.

Kućna vjetrenjača

Najisplativija područja za iskorištavanje energije vjetra su oni dijelovi Zemlje na kojima pušu takozvani stalni, planetarni vjetrovi. Dobre lokacije su i obale oceana i pučina mora, zbog stalnosti vjetrova. Premda cijene instalacije i transporta energije vjetra trenutno koče njenu veću eksploataciju, i njena je perspektiva više nego dobra. Glavni razlog tome je visoka pouzdanost rada postrojenja, nema troškova za gorivo i najvažnije, nema zagađivanja okoline. Osim toga, sve je više istraživanja kako da se energija dobivena iz vjetra iskoristi kao sekundarni izvor za kućanstvo, a male vjetrenjače snage do nekoliko desetaka kW su za to posebno interesantne. Njihova primjena trenutno je najveća u Skandinaviji, a rezultati su više nego dobri. Govoreći jezikom novca, računi za struju domaćinstava koje koriste vjetrenjače kao sekundarni izvor energije manji su između 50 i 75 posto od onih koji koriste isključivo električnu energiju. Jedna od ideja o kojoj se razmišlja u Skandinaviji su i parkovi vjetrenjača, koji bi opskrbljivali dio grada ili možda cijeli grad energijom vjetra kao primarnim izvorom, dok bi električna bila sekundarna. Kad bi se koristili kao primarni izvor energije, vjetrenjačama bi trebalo ugraditi i akumulatore, za spremanje onog viška energije koji je generiran, a nije potrošen.

Sunce

Za kraj priče o izvorima energije budućnosti, onim obnovljivim, ostavili smo Sunce, koje je, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Kao izvor obnovljive energije danas je u najvećem porastu, pogotovo u Europi. U idealnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti prosječno 1 kW na metar kvadratni, premda stvarna vrijednost ovisi raznim čimbenicima, poput lokacije, godišnjeg doba, doba dana, vremenskim uvjetima i tako dalje. U Hrvatskoj je situacija još bolja, prosječna vrijednost dnevne insolacije iznosi 3 do 4,5 kWh na metar kvadratni, što nas čini izuzetno pogodnom državom za korištenje solarne energije. Tu činjenicu treba kapitalizirati. Europske zemlje sa dvostruko manjoj insolacijom sve više subvencioniraju instaliranje elemenata za pretvorbu sunčeve energije u domaćinstvima.

Što se tiče načina iskorištavanja, nekoliko je osnovnih principa. Solarni kolektori služe za pripremanje vruće vode i zagrijavanje prostorija, fotonaponske ćelije direktno pretvaraju sunčevu u električnu energiju, a fokusiranje sunčeve energije ima svoju upotreba u velikim energetskim postrojenjima. U domaćinstvima su najčešći solarni kolektori i fotonaponske ćelije, koji se najčešće montiraju na krov kuće. Izuzetno su pogodni za grijanje vode po sunčanim vremenu, a kada je vrijeme loše mogu se koristiti u kombinaciji s električnim grijačem vode. U budućnosti će stvari izgledati još i bolje. Nove generacije solarnih ćelija biti će manje, kvalitetnije, a moći će se jednostavno integrirati u različite materijal, objekte, pa čak i odjeću. Za najviše desetak godina trebala bi krenuti i izgradnja prvih stambenih i poslovnih zgrada s ovom tehnologijom, što znači da će cijela zgrada biti jedan kolektor sunčeve energije, koju će onda odmah i koristiti. Električna energija će biti samo sporedni način napajanja, za slučaj dužeg perioda povećane potrošnje i premale akumulacije sunčeve energije. Inače se u svijetu sve više domaćinstava napaja energijom od sunca, dok se kod nas još uvijek koristi u slučaju krajnje nužde. To se odnosi na korištenje solarne energije za napajanje vikendica i drugih objekata koje je teško priključiti na električnu mrežu. Ostaje da se nadamo da ćemo status kandidata za priključenje Europskoj Uniji iskoristiti i da implementiramo njihove ideje i način korištenja obnovljivih izvora energije. Jer, kao turistički orijentirana država nam je u interesu zadržati ekološki image.