Wynalazki dla planety

Postęp technologiczny to wielki sojusznik wszystkich, którym nie jest obojętna przyszłość naszej planety. To, co dziś brzmi jak bajka lub utopia, jutro będzie zmieniało świat i chroniło klimat.

Za osiem lat wśród piasków arabskiej pustyni ma powstać liczące 50 tysięcy mieszkańców miasto.

Masdar, bo taką będzie nosiło nazwę, ma być pierwszym na globie siedliskiem, w którym wszystkie odpady będą zagospodarowywane, a miasto nie będzie emitowało do atmosfery, CO2.

- Tak możemy ochronić klimat przed zmianami - przekonywał były wiceprezydent USA, laureat Nagrody Nobla Al Gore.

Potrzebę walki o zachowanie klimatu widzi coraz więcej ludzi. To, że właśnie działalność człowieka przyczynia się w największym stopniu do zmian klimatycznych, nie ulega wątpliwości dla ogromnej większości naukowców. Na szczęście postęp technologiczny jest na tyle szybki, że przy większym zaangażowaniu rządów "czyste" technologie będą masowo wykorzystywane.

Ogniwo w ubraniu

Kluczowym zadaniem ludzkości jest zapewnienie sobie w przyszłości dostaw energii. Na razie ogromną część stanowią źródła tradycyjne. Według szacunków uczonych, aż 25 proc. emisji CO2 to efekt pracy tysięcy elektrowni. Drugi problem to kurczące się zasoby kopalin energetycznych.

Ropy wystarczy na góra pół wieku, a gazu na nieco dłużej. Na dwa stulecia (przy obecnym zapotrzebowaniu) wystarczy węgla. A co potem? Naukowcy w wielu laboratoriach głowią się nad tym od lat. Wydaje się, że w przyszłości ogromną rolę będzie odgrywało pozyskanie niewyczerpalnej - przynajmniej w możliwej do ogarnięcia perspektywie - energii słonecznej.

Słońce na niektórych szerokościach geograficznych ma ogromny potencjał. Nic więc dziwnego, że na szeroką skalę zaczyna się wykorzystywać tam ogniwa fotowoltaiczne służące bezpośrednio do zamiany energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną.

Skuteczność działania takich ogniw jest na tyle duża, że już ponad ćwierć wieku temu samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche - jedynym źródłem zasilania była energia słoneczna, która pochodziła z baterii zamontowanych na skrzydłach samolotu.

Jednak tradycyjne ogniwa są dość drogie.

Dlatego prowadzi się badania nad ogniwami polimerowymi. Mają one być nanoszone drukiem np. na płaskie powierzchnie i być kilkakrotnie tańsze np. od ogniw krzemowych. Tanie ogniwo będzie zbudowane z nanorurek zabezpieczonych przed uszkodzeniem, np. przed zdrapaniem.

Te mikroskopijne układy mają być łączone w większe powierzchnie, tak aby wytwarzana tam energia mogła być wykorzystywana do oświetlenia napędzania przenośnych urządzeń. Być może więc za kilka lat w powszechnym użyciu znajdą się np. kurtki pokryte takimi ogniwami, mogące zasilać np. mp3.

Innym rodzajem badań są doświadczenia zmierzające do rozkładu termicznego pary wodnej na wodór i tlen. Nie od dziś wiadomo, że jeżeli by się to udało (z wykorzystaniem energii skupionych promieni słonecznych), świat zyskałby najbardziej ekologiczne paliwo - wodór.

Wiatraki na wodzie

Jednak choć nasza gwiazda ma ogromny potencjał, to przecież nie wszędzie można go wykorzystać w takim samym stopniu.

Na naszych szerokościach geograficznych trzeba szukać innych rozwiązań. Tam, gdzie rzadziej świeci, często mocno wieje. Wiatraki to mało nowatorska technologia, ale zmiana ich zastosowania (z młynarstwa na energetykę) to już rewolucja.

Zwykle przyjmuje się, że granicą opłacalności elektrowni wiatrowych jest średnioroczna prędkość wiatru wynosząca pięć metrów na sekundę. W praktyce jednak potrzebne są zdecydowanie dokładniejsze badania. Najczęściej obecnie spotykane w energetyce wiatraki mogą pracować przy prędkościach wiatru od 3 do 30 metrów na sekundę. Jednak takich obszarów na lądzie jest niewiele. Naukowcy uważają, że doskonałym wyjściem jest zagospodarowanie oceanów. O ile w trefi e przybrzeżnej już pracują liczne wiatraki, to z otwartym morzem są problemy. A przecież to morza i oceany zajmują ponad 60 proc. powierzchni planety.

Jednym z rozwiązań proponowanych przez firmę Sway są pływające stacje energetyki wiatrowej. Ze względu na lokalizację są nie tylko wydajniejsze, ale i mniej uciążliwe dla otoczenia. Co więcej, na otwartym morzu można budować większe wiatraki - na dodatek, co winno być ważne dla ekologów, bez przecinania szlaków migracyjnych ptaków wędrownych.

Ale nawodne wiatraki są dość kosztowne i mogą być uciążliwe dla żeglugi. Problemem jest także odbiór wyprodukowanej energii. Z drugiej strony ze względu na znacznie większą skuteczność wiatraki na morzach pozbawione są w znacznej mierze wad wiatraków lądowych. Te ostatnie pracują nierytmicznie, obwiniane są o rozchwianie systemu energetycznego kraju i wymagają dla jego równoważenia budowy tradycyjnych źródeł rezerwowych.

Wodór w aucie

Pokaźny wkład do emisji ma także transport.

Według Międzynarodowego Zespołu ds. Zmian Klimatycznych (Intergovernmental Panel of Climate Change), około 13 proc. emisji CO2 na świecie pochodzi z transportu.

Jednym z rozwiązań są nowe paliwa.

Oczywiście najlepszym rozwiązaniem byłoby stosowanie wodoru, ponieważ jego spalanie nie powoduje żadnych szkodliwych emisji.

Naukowcy przewidują, że około 2030 roku wejdą do użytku pierwsze samochody zasilane tanim paliwem wodorowym. Chociaż technologia jest znana, to problem stanowi pozyskanie wodoru. Właśnie za około dwadzieścia lat wodór ma być pozyskiwany w procesach zagospodarowania biopaliw trzeciej generacji. Obecne biopaliwa mają bowiem te wady, że ich produkcja konkuruje z wytwarzaniem żywności, a ich spalanie powoduje emisje CO2.

Przyszłościowym rozwiązaniem - stosowanym na razie na niezbyt szeroką skalę - są również samochody elektryczne. Postęp zanotujemy wówczas, gdy do powszechnego użycia wejdą samochody z ogniwami paliwowymi.

Zasada ich działania jest dość prosta.

W ogniwie zachodzi chemiczna reakcja wodoru z tlenem, w wyniku, której powstaje prąd. Ogniwa są nie tylko wydajne, ale co ważniejsze - ich sprawność jest dwa razy większa niż silników benzynowych.

Innym sposobem walki z emisją CO2 jest... Powrót do korzeni. Dzięki nowym technologiom być może już wkrótce na morza i oceany powrócą żaglowce. Jednak z pewnością nie będą to już galeony czy smukłe klipry. Po pierwsze żagle będą wykonane ze specjalnych, lepiej wychwytujących wiatr tkanin. Dodatkowo dzięki komputerowemu sterowaniu będą się mogły sprawniej i lepiej dostosowywać do warunków pogodowych.

Wciąż duże nadzieje naukowcy pokładają w rotorach. Ten napęd ma postać wirującego walca wystawionego na działanie wiatru wykorzystującego efekt Magnusa.

Na razie stosowany jest głownie w celach badawczych, ale prace nad jego rozwojem wciąż trwają.