Słońce!
Jak w 2016 roku wyliczył prof. Mehran Moaelem z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, energia promieniowania słonecznego, którą otrzymuje 1,2-procentowy skrawek nasłonecznionej przez dwanaście godzin na dobę Sahary, zaspokoiłaby zapotrzebowaniu na prąd całego globu. Taki potencjał nie może się zmarnować, więc już od lat 80. ubiegłego stulecia kolejne dachy pokrywają się panelami fotowoltaicznymi – przetwarzającymi energię na prąd – i czasem mylonymi z nimi kolektorami słonecznymi, w których krąży czynnik odbierający ciepło używane potem np. do podgrzewania wody. Fotowoltaika przeszła długą drogę – pierwsze panele przetwarzały zaledwie jeden procent energii, dziś sprawność sprzedawanych modułów wynosi powyżej 20 proc., a panele testowane w laboratoriach wykorzystują już prawie połowę energii naszej gwiazdy. Maleją też ceny produkcji – cena jednego „wata ze słońca” w ciągu ostatniej dekady spadła o 60 proc., więc nic dziwnego, że także np. dach nowej, okrągłej siedziby Apple’a pokrywają panele. W przypadku firmy Tima Cooka słońce dostarcza ok. trzech czwartych używanej energii. Z kolei Google w 2017 roku otworzyło w Saint-Ghislain (Belgia) centrum danych z ulokowaną na jego terenie własną farmą solarną złożoną z blisko 11 tys. paneli, generującą 2,9 gigawatogodzin rocznie. Firma sama przyznaje, że to nadal „stosunkowo mało”, ale i tak szczyci się tym, że jest przyjazna środowisku – jej centra obliczeniowe są średnio o połowę bardziej energooszczędne od obiektów konkurencji.
Baterie słoneczne składają się z wielu połączonych ogniw fotowoltaicznych. Do przetworzenia energii słonecznej służy pokryty folią antyodblaskową materiał półprzewodnikowy, np. dwie cieńsze od włosa warstwy krzemu, między którymi pod wpływem słońca przemieszczają się elektrony. Produkowany w ten sposób prąd stały jest za pomocą falownika przekształcany na prąd przemienny, a ten może zasilać dowolne urządzenia w domu (patrz ramka: „Ile za solarium?”). Potrzeby energetyczne całych osiedli realizują zespoły baterii słonecznych, czyli farmy solarne. Do największych należy kompleks zbudowany na pustyni Tengger w północnych Chinach – dzięki pokryciu powierzchni aż 43 kilometrów kwadratowych jego moc sięga 1547 megawatów. W Polsce do takich inwestycji droga daleka, ale sytuacja się zmienia – ze względu na opisaną wyżej niechęć do wiatraków np. białostocka firma Electrum skupiła się na rozwoju fotowoltaiki. Instalacji ma na swoim koncie ponad sześćdziesiąt, a prócz samych paneli dostarcza m.in. oprogramowanie służące do obsługi farm słonecznych, a niebawem także wiatrowych. Software ten gromadzi informacje o stanie liczników czy temperaturach paneli i umożliwia szybkie podłączenie zasilania do sieci, gdy ta pracuje niestabilnie. Firma ma też centrum, w którym całą dobę monitoruje pracę instalacji.
Ogniwa fotowoltaiczne działają w pewnym stopniu nawet gdy słońce zniknie za chmurami, ale siłą rzeczy najlepiej funkcjonują bez przeszkód. To dzięki nim marsjański łazik Opportunity, którego misja była zaplanowana na trzy miesiące, pracował na Czerwonej Planecie piętnaście lat. W lutym NASA uznało go za „zaginionego w akcji” po tym, jak burza na kilka miesięcy zasypała ogniwa. Innym zahaczającym o fantastykę naukową typem elektrowni solarnych są te wykorzystujące lustra skupiające promienie słoneczne. Energia słoneczna służy w nich do podgrzewania wody, która po zmianie w parę napędza turbiny. Na pustyni Mojave, między Kalifornią i Nevadą, w niebo celują trzy stutrzydziestometrowe wieże otoczone 173 tysiącami luster – to zbudowana za ponad dwa miliardy dolarów elektrownia Ivanpah. Chociaż wciąż nie osiągnęła zakładanej produkcji 940 tys. megawatogodzin rocznie, jest już w trzech czwartych drogi. Krytycy inwestycji podnoszą, że Ivanpah działa niczym potężny grill – i rzeczywiście, temperatura sięgająca 500 stopni Celsjusza sprawia, że co miesiąc Ivanpah spopiela kilkanaście ptaków. Skala przedsięwzięcia została też ograniczona ze względu na obecność w miejscu budowy pustynnych żółwi, a szybko spadające ceny ogniw fotowoltaicznych każą spodziewać się powstawania raczej bardziej tradycyjnych farm.
Kapitan Planeta!
Na wodzie, wietrze i słońcu odnawialne źródła energii się nie kończą, chociaż udział pozostałych źródeł jest wielokrotnie mniejszy. Nie wolno zapominać o najbardziej tradycyjnej biomasie, czyli m.in. drewnie – w Polsce jest ono współspalane z węglem w elektrowniach i elektrociepłowniach, i stanowi ok. 70 proc. krajowych OZE. Chociaż biopaliwa nie są tak „czyste” jak energia wodna albo słoneczna, ich używanie i tak szkodzi środowisku mniej niż palenie węglem. Przy spalaniu emitują mniej dwutlenku węgla, a w ich charakterze można używać roślinnych odpadów, np. granulatu ze słomy czy bioetanolu z buraków cukrowych. Trwają też prace nad nowymi, wysokoenergetycznymi materiałami – obiecującym rodzajem biomasy są np. bogate w lipidy algi, których hodowla przy okazji redukuje ilość dwutlenku węgla w atmosferze. Proces był dotąd zbyt drogi, ale w marcu naukowcy z Uniwerstetu w Utah ogłosili, że opracowali opłacalną metodę ekstrakcji lipidów.
Są wreszcie i źródła takie jak energia geotermalna. Na Islandii ciepło kuli ziemskiej używane jest nie tylko do ogrzewania dziewięciu na dziesięć domów, ale także przetwarzane na 20 proc. energii elektrycznej. Polska też ma swoje projekty tego rodzaju Geotermia Podhalańska działa już ćwierć wieku i zapewnia tanie – nie licząc przyłączenia – ogrzewanie w okolicach Zakopanego. Miesiąc ogrzewania dwustumetrowego domu, z wliczonym podgrzewaniem wody, kosztuje ok. 400 zł. Niestety wykorzystanie OZE nadal pozostaje głównie na etapie planowania, a paliwa kopalne stanowią w naszym kraju ponad 80 proc. źródeł elektryczności. Umieszcza to nasz kraj na szarym końcu, jeśli chodzi o Europę, zwłaszcza jeśli spojrzeć na kraje takie jak Norwegia – tam praktycznie całość energii elektrycznej wytwarzają elektrownie wodne. Być może jednak coś się zmieni – w listopadzie ubiegłego roku rząd po raz pierwszy zakontraktował piętnastoletni zakup energii produkowanego na farmach wiatrowych. Średnia cena energii „z wiatru” okazała się o połowę niższa od cen prądu „z węgla”. Pozostaje liczyć, że takie oszczędności przemówią do wyobraźni decydentów.
Kiedy się skończą?
Na rzecz odnawialnych źródeł energii przemawia „czystość” i to, że ich nie zabraknie. Tymczasem węgiel, ropa i gaz ziemny powstają przez miliony lat i w praktyce mogą się wyczerpać. Jeśli wskaźniki zużycia pozostaną na obecnym poziomie, ropy zabraknie w 2052 roku, gazu osiem lat później, a węgla starczy do 2088 roku (źródło: www.ecotricity.co.uk). To jednak tylko zgadywanka, bo techniki wydobycia ewoluują, a oceny badaczy nie uwzględniają wzrostu zapotrzebowania na energię oraz, z drugiej strony, odkrycia nieznanych złóż i rosnącego udziału zielonej energii. Poza tym być może ludzkość w międzyczasie zmieni sposób zasilania miast i urządzeń codziennego użytku – iluż to autorów science fiction malowało wizję kieszonkowych reaktorów atomowych?
RE100
Hasło „firma używająca wyłącznie energii ze źródeł odnawialnych” brzmi dobrze nie tylko w reklamie, więc nie dziwi, że największe korporacje przyjmują takie zobowiązania. Na www.there100.org znajduje się lista firm, które obiecują przejść na sto procent energii odnawialnej – i wiele z nich daje sobie czas do 2020 roku. Wśród tych, którym już się udało, są m.in. Google (od 2017 roku) i Apple, które do „setki” dobiło dwanaście miesięcy temu. Na zdjęciu poniżej widać część 17-megawatowej instalacji słonecznej działającej w siedzibie Apple’a w Cupertino. Poza tym do końca przyszłego roku firma chce zainstalować u podwykonawców „zielone” elektrownie o łącznej mocy 4 gigawatów.
Wielka bateria
Dwa lata temu Elon Musk w słynnym tweecie obiecał rozwiązać problem częstych niedoborów prądu na południu Australii, w sto dni stawiając największą na świecie „baterię litowo-jonową”. Jak powiedział, tak zrobił: we wskazanym terminie na terenie przyległym do farmy wiatrowej stanął kompleksów akumulatorów. Do 2021 roku trzy czwarte energii przechowywanej w ogniwach ma pochodzić właśnie z wiatru. Raczej nic temu celowi nie zagrozi, bo bateria Tesli szybko zaczęła na siebie zarabiać – zgromadzoną energię uwalnia do sieci dużo szybciej niż zwykłe elektrownie.
Ile za solarium?
Instalacja fotowoltaiczna nie jest tylko fanaberią dla milionerów. W Polsce można starać się o dofinansowanie (15 lub 30 proc. ceny instalacji), istnieje też możliwość tzw. oddawania energii do sieci – firma energetyczna przejmie na siebie konieczność magazynowania prądu, a my będziemy mieć do darmowego użytku 80 proc. naszej produkcji. Dla przykładu instalacja Viessmann, która w polskich warunkach produkuje rocznie ok. 4368 kWh energii (co powinno wystarczyć małżeństwu z dwójką dzieci), składa się z czternastu paneli o łącznej powierzchni 27 mkw i kosztuje – wraz z montażem – niecałe 24 tys. złotych. O ile będziemy zużywać całą energię, przy obecnej cenie za kilowatogodzinę oznacza to zwrot inwestycji w dziewięć lat. Gwarancja na ogniwa to dziesięć lat, ale mają szansę posłużyć i ponad dwie dekady. A jeśli nie mamy takich środków, zawsze zostaje zakup kosztującego ok. tysiąc złotych… „grilla solarnego” GoSun, który nie używa paliwa.
