VREME 893, 14. februar 2008. / MOZAIK
Novi izvori energije:
Kilovati za poneti
Elektroenergetski kapaciteti u gotovo svim zemljama sveta spadaju u najveće zagađivače prirode. To je doprinelo razvoju brojnih naučnih i tehnoloških oblasti koje su krenule u potragu za novim izvorima struje
Kad se pre nekoliko decenija počela širiti ideja o obnovljivim izvorima, činilo se da naftu, gas i ugalj može da zameni energija koja se crpi iz kapaciteta vetra, vode, geotermalnih izvora, biomase i raznih drugih alternativnih izvora. Na konvencionalne izvore i danas, bez sumnje, pada najveći deo krivice za globalno zagrevanje planete. Takozvani zeleni megavati su čisti, tehnološki napredni i još deluju kao više nego privlačno rešenje za energetsku stabilnost.
Međutim, u praksi se nedovoljno koriste. U Srbiji, mada je veliki broj malih privrednika zainteresovan da investira u obnovljive izvore, kako godine prolaze postaje očiglednije da to nije nimalo jednostavno. Kao što je "Vreme" već pisalo, pred svakim ko se odvaži da ulaže u svoju, ekološki čistu elektranu, bila ona na vetar, vodu ili sunce stoji niz administrativnih i tehničkih prepreka – 25 raznih dozvola koje je potrebno pribaviti, teškoće izgradnje postrojenja i potonje priključenje na elektrodistributivnu mrežu. Država nedovoljno motiviše vlasnike malih elektrana i uprkos najavama, u ovom poslu već gubi dah u odnosu na zemlje u regionu.
Kakva je situacija u svetu? Prema podacima američke Administracije za energetske informacije, ukupna svetska upotreba energije vetra, sunca, geotermalnih izvora i svih vrsta otpada koji se mogu upotrebiti za proizvodnju električne energije rasla je iz decenije u deceniju – 1980. godine je iznosila 138 hiljada TWh, 1990. godine 496 hiljada, 2000. godine 882 hiljada, da bi pre dve godine dostigla čak 1,25 miliona TWh.
To je rezultat dugogodišnje ekološke kampanje i razvoja novih tehnologija u ovoj oblasti. Međutim, neosporno je da raspoloživi obnovljivi izvori imaju vrlo malu snagu u odnosu na termoelektrane, nuklearne elektrane i druge konvencionalne izvore – njihov udeo je i pored kontinuiranog rasta dostigao svega 0,93 odsto svetske proizvodnje električne energije koja iznosi 134,82 miliona TWh.
Zato će malo koji ozbiljan energetičar danas reći da se sadašnje elektrane na ugalj i gas mogu sasvim zameniti obnovljivim izvorima. Uostalom, to već dugo nije ideja – kad bi bio sasvim iskorišćen kapacitet obnovljivih izvora, to bi vrlo teško zadovoljilo i samo nekoliko procenata svetskih potreba za energijom.
No, stručnjaci koji zagovaraju obnovljive izvore smatraju da ako oni već ne mogu sasvim da reše problem, onda ih bar treba koristiti koliko god je moguće. S jedne strane, dobrodošao je svaki kilovat-sat koji se proizvede tako da ne izazove emisije štetnih gasova u atmosferu, a sa druge, u svetu alternativnih izvora stalno dolazi do novih tehnoloških rešenja. Sa vremenom ona postaju sve zanimljivija, sve manja, ali i sve šašavija. U moru raznih ideja i novih vrsta generatora, izabrali smo neke od onih koji deluju najprivlačnije:
|
BALON GENERATOR
Ako postavite vetrenjaču koja pokreće generator snage deset kW, verovatno ćete obezbediti dovoljno struje za potrošnju jednog domaćinstva. To, naravno, podrazumeva da ste svoj vetrogenerator priključili na distributivnu mrežu kojoj prodajete struju kad je ima, a da svoje potrebe za strujom zadovoljavate iz mreže uvek kad vam je potrebna, kao i svaki drugi korisnik. Drugačije i nije moguće jer vetar ne duva uvek, a kad to čini njegova jačina se menja. Kako bi se doskočilo ovom prirodnom ograničenju, moderni vetrogeneratori veće snage se podižu na veće visine gde ima više vazdušnih strujanja. Međutim, vetrenjača koja zadovoljava kućne potrebe se ne može tek tako podići do visine od nekoliko stotina metara. Tako se došlo do skoro genijalne ideje da se vetrogenerator postavi u balon koji bi ga podigao na dovoljnu visinu ili još bolje, da sam balon bude generator. Ovakvu mašinu je konstruisala kompanija Magenn, koja već decenijama eksperimentiše sa balonima i generatorima, da bi sada razvila novi sistem vazdušnog rotora pod nazivom MARS (Magenn Air Rotor System). To je zapravo turbina koja je lakša od vazduha jer je napunjena helijumom. Ona se podiže na visinu od 330 metara, gde horizontalna vazdušna strujanja pokreću rotor – on rotira oko svoje ose, proizvodi struju, ali uz to, zahvaljujući Magnusovom efektu, zbog rotacije ostaje stabilan. MARS ima snagu od deset kW, a može da izdrži širok raspon brzine vetra – turbina se pokreće na 1,6 m/s i može da radi do 24 m/s.
STRUJA U HODU
Ideja da čovek svojom snagom stvara energiju javila se mnogo pre nego što je Majkl Faradej 1831. godine napravio prvi električni generator sa bakarnim diskom koji se između polova magneta pokretao mehaničkom ručicom. No, ako se izuzmu razne šašave sprave sa pedalama koje su uglavnom neefikasno korišćene za pokretanje minijaturnih generatora, sve donedavno nije bilo moguće iskoristiti ljudski hod za proizvodnju struje. Prošle nedelje je u magazinu Science objavljeno istraživanje Maksa Donelana sa Univerziteta "Simon Frejzer" u Britanskoj Kolumbiji, koji je napravio prvu ogrlicu za koleno koja radi kao električni generator. Prilikom ljudskog hoda, jedan skup nožnih mišića pokreće noge napred, ali postoje i mišići koji vrše takozvani negativni rad i povlače telo u suprotnom smeru, kako bi ostalo u ravnoteži tokom kretanja. Donelan i njegove kolege su došli na ideju da iskoriste energiju koja se na ovaj način oslobađa i konstruisali su uređaj sa skupom zupčanika koji pokreću mali generator. Ovaj uređaj je težak 1,5 kilograma, nosi se postavljen na koleno i može da se aktivira samo kad noga vrši negativni rad, tako da ne ometa kretanje. Tada generator radi na snazi od pet W i može da napaja gotovo sve mobilne uređaje koje čovek nosi u hodu sa sobom – telefone, mp3 plejere i drugo. Predviđen je i mod rada u kom se koristi i pozitivni rad pri kretanju. Tada uređaj može proizvesti još i dodatnih pet W.
PUSTINJSKA ELEKTRANA
|
Kad se posmatra mapa sveta, čini se da ima mnogo sunčanih mesta gde bi čovek mogao postaviti solarne panele. Zašto ljudi do sada nisu prekrili Saharu solarnim panelima i tako mnogo bolje iskoristili energiju Sunca? Problem sa solarnim ćelijama koje pretvaraju svetlosnu energiju u električnu struju jeste njihova mala efikasnost. Sve solarne ćelije u suštini su zasnovane na fotoelektričnom efektu, što je pojava da atom u interakciji sa zračenjem emituje elektrone – tako solarna ćelija direktno transformiše svetlosnu u električnu energiju, bez ikakvih mehaničkih elemenata. Međutim, ni teorijski ovi silikonski uređaji ne mogu imati stepen iskorišćenja veći do 31 odsto. Zato kad se uporedi cena njihove proizvodnje i njihova mala snaga, pokazuje se da je solarna energija najmanje efikasna u svetu obnovljivih izvora. No, nedavno se pojavio jedan predlog koji će možda rešiti ovaj problem. Profesor David Fajman, iz Nacionalnog istraživačkog centra za solarnu energiju "Ben Gurion" u Izraelu, objavio je u avgustu 2007. godine da je napravio solarnu ćeliju koja je 1000 puta isplativija od dosadašnjih. U pustinji Nagev on je podigao malu solarnu elektranu koja koristi velika zakrivljena ogledala da fokusira sunčevu svetlost na površinu ćelije od 10x10 centimetra. Profesor Fajman smatra da je ovakvim pristupom moguće postići dovoljnu efikasnost po ćeliji tako da bi solarna elektrana sa panelima koji zauzimaju pet kvadratnih kilometara imala snagu od neverovatnog jednog GW, što je ravno nuklearnoj elektrani. Fajman predlaže da se solarnim panelima nalik na one u pustinji Nagev pokrije deset odsto Sahare.
GORIVE ĆELIJE
|
Gorive ćelije van svake sumnje spadaju u izvore koji imaju najbolju perspektivu zbog mogućnosti masovne primene kod električnih automobila, ali i za upotrebu u mobilnim telefonima i računarima. To su sofisticirani uređaji koji pretvaraju hemijsku u električnu energiju. Goriva ćelija sadrži elektrode koje su razdvojene membranom provodnom za protone, ali ne i za elektrone, dok kao gorivo obično koristi vodonik.
Sve se zasniva na prilično lukavom procesu – uprošćeno gledano, prvo vodonik stiže na pozitivno naelektrisanu anodu gde se iz svakog atoma vodonika oslobađa elektron, preostali jon vodonika nastavlja put ka negativnoj katodi, dok elektron kreće na put kroz spoljašnje električno kolo. On na kraju stiže do katode gde ga prima kiseonik iz vazduha, dajući sa jonom vodnika molekul vode kao krajnji rezultat. Sam protok elektrona kroz kolo je zapravo električna struja.
Pošto goriva ćelija koristi vodonik kog ima svuda u prirodi, ovako dobijena struja je jeftina i ekološki čista jer osim vodene pare nema štetnih izduvnih gasova. Ova ideja za uspostavljanje toka električne struje je poznata još od 1838. godine kad ga je otkrio nemački hemičar Kristijan Fridrih Šenbajn, da bi samo nekoliko godina kasnije prvu primitivnu gorivnu ćeliju razvio velški naučnik Vilijam Robert Grouv.
Poslednjih desetak godina posebno se istražuju gorive ćelije sa membranom na bazi specijalnih polimera, takozvane PEM ćelije (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells). One mogu da proizvedu od 100 W do 500 kW, njihova efikasnost može biti velika – između 30 i 50 odsto – ali trenutno imaju niz ograničenja, pre svega u procesu katodne redukcije kiseonika.
Istraživači pokušavaju da to prevaziđu kako bi se smanjila cena i povećala efikasnost gorivih ćelija. U jednom proboju u tehnologiji gorivnih ćelija nedavno su učestvovala i dva srpska naučnika, doktori Nenad Marković i Vojislav Stamenković, koji su otkrili 90 puta aktivniju površinu od postojećih katalizatora kakvi se testiraju u gorivnim ćelijama, o čemu je "Vreme" već pisalo. Oni su učestvovali u radu šestočlanog naučnog tima iz nacionalne laboratorije Argon iz okoline Čikaga u SAD, a trenutno razvijaju i unapređuju svoje rešenje.
LOVCI NA VETAR
|
Pored balona i uobičajenih vetrogeneratora sa horizontalnom osom, postoje i drugi načini da se uhvati vetar – recimo, pomoću vetrenjače koja rotira oko vertikalne ose. Kad se vetrogenerator tako okreće, on se može postaviti i blizu tla, a pritom nije potrebno loviti smer vetra kao kod klasičnih vetrogeneratora. Podstaknut idejom da proizvodi struju pomoću vetra, francuski inženjer Žorž Darijus je još 1931. godine konstruisao vetrogenerator čija su krila uspravna i u obliku slova C. Ovaj izum je ostao jedina funkcionalna vetrenjača sa vertikalnom osom, ali je imao i mnogo mana. Razvijajući Darijusov izum, poslednjih godina mnogo kompanija počelo je da proizvodi ovu vrstu kućnih, to jest nadkućnih vetrenjača. Tako generator Turby ima tri krila u obliku trodimenzionalog slova S, ukupne težine 136 kilograma. Turbi može da se pokrene pri brzini vetra od četiri m/s i kako raste brzina daje gotovo linearno sve veću snagu. Pri brzini od 14 m/s njegova snaga je 2,5 kW, što znači da sa nekoliko Turbija na krovu kuće možete da ulovite dovoljno vetra za potrebe domaćinstva.
PODVODNE FARME
Pre nekoliko decenija bile su vrlo popularne elektrane na plimu i oseku, ali je i ova oblast doživela niz tehnoloških poboljšanja – tako je britanska kompanija Lunar enerdži nedavno razvila malu plimsku turbinu izuzetnih performansi i nazvala je RTT (Rotech Tidal Turbine). Ovaj podvodni generator ne možete postaviti u kadu, ali je izuzetno zgodan za priobalna područja – on se postavlja na morsko dno, na mestima gde prolaze morske struje, a ono što ga čini posebnim je što se može okretati u dva smeru, već u zavisnosti od smera morske struje. Jedan RTT ima snagu od jednog MW, ali se na pogodnim mestima postavljaju velike farme od 100 do 500 povezanih generatora.
DŽEPNI MLAZNJAK
Mlazni generatori su sasvim nova vrsta mikronapajanja koje je 200 do 1000 puta efikasnije od konvencionalnih baterija. Njihov razvoj je započeo krajem devedesetih, da bi danas nastao čitav niz novih prototipova mlaznog mikronapajanja. "Vreme" je prošle godine pisalo o mikronapajanju dimenzija od svega 5x3x15 milimetara, koje se razvija na univerzitetima u Kembridžu i Birmingemu. U mlaznicama ovog minijaturnog generatora sagorevaju tečni ugljovodonici i okreću turbinu čak 20.000 puta u sekundi. Njegova izlazna snaga je 11,2 W, što je dovoljno za rad raznih pokretnih elektronskih uređaja. Ovaj minijaturni uređaj spada u takozvane tehnologije MEMS, što je skraćenica od mikroelektro-mehaničkih sistema. MEMS podrazumeva upotrebu neke od visoko sofisticiranih litografskih tehnika, kakve se već dugo koriste pri proizvodnji računarskih procesora, a može se koristiti i za pravljenje minijaturnih metalnih struktura. Tako je moguće napraviti generator na mlazni pogon koji može da se nosi u džepu, kao obična baterija.
Slobodan Bubnjević