Kas valdo energiją, tas valdo pasaulį

Jau seniai vis daugiau kalbama apie „žalią“ energetiką – elektros energijos gavybą iš atsinaujinančių šaltinių, nedeginant kietojo kuro. Saulės, vėjo, grunto, bangų energija beveik neišsenkanti. Tokiu būdu gaunant elektrą, nežalojama aplinka. Reikia tik atsižvelgti į elektrinių gamybos sąnaudas ir tuo metu atsirandančią taršą. Jei ši yra nedidelė, galutinė elektros energija iš tiesų bus pakankamai „žalia“.

Dvi priešingybės

Mobiliojo ryšio tiekėjo „Orange“ užsakymu sukurtas vėjo generatorius mobiliesiems telefonams įkrauti

Tačiau gauti energiją ir ją išsaugoti – du skirtingi dalykai. Būtų galima įsteigti šimtus vėjo jėgainių, bet jų gaminama energija (kaip ir dabar) būtų naudinga tik tiek, kiek jos sunaudotume. Energijos perteklius nueina vėjais.

Energijos kaupimas aktualiausias mobiliesiems įtaisams. Juk prie nešiojamojo kompiuterio elektrinės neprijungsime (nors pasiūlymų yra: sukurti maži vėjo ir saulės generatoriai). Deja, elektrą pagaminti paprasčiau nei išsaugoti. Kompiuterių, delninukų akumuliatoriai tiesiog apgailėtini – neišlaiko nė dienos. O juk taip norisi kompiuteriu neribotai naudotis bent keletą dienų, nesibaiminant, jog po kelių minučių jis „užmigs“.

Energetikos perspektyvos džiugina, tačiau didelių permainų dar reikės palaukti. Šios srities moksliniai tyrimai itin populiarūs ir duoda puikių rezultatų. Šiame straipsnyje apžvelgsime kai kurias naujas ir praktiškai pritaikomas energijos gavimo bei išsaugojimo technologijas, kurias „New Energy Congress“ asociacija įtraukė į „Top 100 Technologies“ sąrašą. Šis sąrašas nuolat kinta ir į jį patenka pagal daugybę kriterijų įvertinti varikliai, įtaisai, technologijos bei teoriniai siūlymai.

Energijos gamyba

Saulės energija yra visa ko pagrindas, tad ir dėmesio jai skiriama labai daug. Dabar saulės elementus (SE) pradedama gaminti nenaudojant silicio, spausdinimo būdu – tarsi laikraščius (Thin-Film Photovoltaics). Taip pasiekiamas vienas iš tikslų – atpiginti SE gamybą, tuo pačiu padidinant ir naudingumo koeficientą. Tai daroma tobulinant technologijas ir naudojant naujas medžiagas arba tiesiog koncentruojant saulės šviesą ant įprastų SE plokščių. Šių koncentratorių bendras bruožas – Saulės sekimo įtaisas, kuris visą jėgainę tarsi saulėgrąžą nukreipia šviesos link.

Žemėlapyje juodi taškai žymi apytikslį plotą, kurį reikėtų padengti saulės elementais, kad būtų patenkinti viso pasaulio energijos poreikiai (ne tik elektros!), naudojant 8 proc. efektyvumo modulius. Daugumos šiuolaikinių SE efektyvumas yra gerokai didesnis.

www.ws-energia.com
www.greenandgoldenergy.com.au
www.coolearthsolar.com
www.stirlingenergy.com
www.tmawind.com TMA vėjo jėgainės nepavojingos paukščiams ir šikšnosparniams
www.whalepower.com
www.magenn.com
www.thepaxgroup.com/paxit/ Kurdami naujus ventiliatorius, mokslininkai atsigręžia į gamtą: šių menčių pavyzdžiu tapo pelėdos sparnai. Dėl savitų karpytų kraštų triukšmas sumažėjo šešiais decibelais.
www.skystreamenergy.com „SkyStream“

Bendrovės „WS Energia“ technologija „Doublesun“ („Dviguba Saulė“) – tai SE, į kuriuos du lygūs aliuminio veidrodžiai nukreipia daugiau saulės šviesos. Teigiama, kad dėl to jėgainė gamina dukart daugiau elektros. Genialu tai, kas paprasta, tiesa?

Taip pat naudojami išgaubti ir optiniai koncentratoriai. Pvz., „SunCube“ (australų bendrovė „Green and Gold Energy“) Saulės spindulius sutelkia optiniu būdu, uždėjus išgaubtus lęšius.

„CoolEarth“ – pripučiami balionai, kurių viršutinė dalis skaidri, o vidinė padengta šviesą atspindinčia danga. Atsispindėjusi saulės šviesa nukreipiama į nedidelę SE plokštelę, kuri ir gamina elektrą. Šie lengvi burbulai gali būti kabinami ant įtemptų lynų. Tokia išmoningoji konstrukcija bendrą saulės energijos jėgainės kainą sumažina apie 25 kartus.

„Stirling Energy Systems“ sėkmingai diegia „SunCatcher“ koncentratorius, kuriuose energiją gamina ne SE, o modifikuoti mechaniniai varikliai. Saulės šviesa kaitina ir verčia suktis vadinamąjį Stirlingo variklį, panašų į vidaus degimo, tačiau jame iš tiesų niekas nedega, o dujos keliauja uždaru ratu. Teoriškai Stirlingo variklius gali varyti bet koks šilumos šaltinis: dujos, yrančių atliekų ar Saulės šiluma.

Vėjo jėgainės – taip pat plačiai paplitęs el. energijos šaltinis, apie kurį pastaruoju metu daug diskutuojama. Kai kam nepatinka tai, kad vėjo elektrinės gadina landšafto vaizdą, kelia triukšmą, baiminamasi neigiamo poveikio aplinkai. Atlikti tyrimai rodo, kad už vėjo jėgainių iš tiesų susidaro oro sūkuriai, turintys įtakos dirvos drėgmei, vėjo greičiui ir pan. Tačiau yra daugybė būdų apeiti šias kliūtis.

Vienas iš siūlymų – jėgaines įrengti jūroje, toli nuo kranto, kur jos ne tik niekam netrukdys, bet ir gamins daugiau energijos (atviroje jūroje vėjai stipresni). Salų pilti nereikės, mat prie dugno inkarais pritvirtintos elektrinės tiesiog plūduriuotų.

Vėjo jėgainės įvairiai tobulinamos. Pateikiame tris visiškai skirtingus pavyzdžius:

1. Bendrovė TMA gamina vertikalios ašies turbinas su nukreipiamaisiais skydais vėjo greičiams didinti. Tokių jėgainių generatorius įrengiamas žemai, tad netrukdo ryšių tinklams ir jį lengva prižiūrėti.

2. Nukopijavę kuprotojo banginio pelekus, „WhalePower“ darbuotojai sukūrė mentes su gumbeliais. Rezultatai – stulbinami: ventiliatoriai, turbinos, siurbliai veikia tyliau, efektyviau, greičiau įsisuka nuo vėjo.

   Regis, visiškai nereikalingi gumbeliai iš tiesų pagerina visas ventiliatorių savybes. Kompiuteriams ir jų procesoriams aušinti skirti ventiliatoriai taip pat veiktų tyliau ir efektyviau.

3. „Magenn Power“ ir kitos bendrovės ragina išnaudoti pastovesnį ir stipresnį vėją, aukštai iškeliant generatorius kaip aitvarus. Šiemet pasirodys 10 kW MARS (Magenn Air Rotor System) heliu užpildytos oro turbinos, kurias bus galima iškelti beveik bet kur.

Kompiuterių pramonei aktualūs bendrovių „The Pax Group“ ir „Ziehl-Abegg“ laimėjimai. Remiantis bionika (bionika – gamtos principų ir sistemų pritaikymas kuriant naujas technologijas bei gaminius.) patobulinti įprasti ventiliatoriai pučia sūkurinį, centro link greitėjantį oro srautą. Tokie ventiliatoriai veikia tyliau, efektyviau ir taupiau. Aušinant vandeniu, atitinkamai gamtos ištobulinti siurbliai taip pat praverstų.

Vėjo energija dabar prieinama net eiliniams žmonėms. Pvz., 29–36 tūkst. litų kainuojanti tyli „SkyStream“ jėgainė efektyvi pučiant net nestipriam vėjui ir gali nesunkiai patenkinti visos šeimos elektros energijos poreikius.

Šilumos vertimas elektra

Labai įdomių galimybių tikimasi iš puslaidininkių, gebančių šilumos energiją tiesiogiai versti elektra. Detalių ir planų nenorinti atskleisti bendrovė ENECO sukūrė keletą kartų efektyvesnius terminius lustus (Thermal Chips), kurių energijos tankis penkis kartus didesnis nei ličio jonų akumuliatorių ir 2–4 kartus didesnis nei kuro elementų (fuel cells), numatytų gaminti 2010 metais. ENECO lustas gali šilumą versti elektra arba atvirkščiai – per jį leidžiant elektrą vėsinti aplinką. Forma ir dydis taip pat gali būti bet kokie: nuo 1 kv. mm iki daugybės kv. metrų lygių ar išgaubtų plokščių.

ENECO teigimu, terminių lustų pagrindu sukurti nešiojamųjų kompiuterių akumuliatoriai tiektų energiją 10–12 valandų, o ne 2–4 val. kaip dabartiniai analogai. Be to, akumuliatorius būtų galima per kelias sekundes „įkrauti“ etilo alkoholiu.

Galbūt ateityje ant kompiuterių procesorių įrengti ENECO generatoriai krautų akumuliatorius: kuo daugiau lustas kaistų, tuo daugiau energijos gamintų ir labiau vėsintų procesorių (arba jį be ventiliatoriaus šaldytų, naudodamas akumuliatoriaus energiją). Automobiliuose tokie generatoriai išnaudotų dabar vėjais paleidžiamą šilumos energiją (jos užtektų visiems el. įtaisams, įskaitant oro kondicionierių). Saulės jėgainėse (su koncentratoriais) ENECO plokštės galėtų sėkmingai pakeisti ir Stirlingo variklius, ir įprastus saulės elementus. ENECO gaminiai neturi judančių dalių, tad yra ilgaamžiai, jiems nereikia priežiūros, o gamyba remiasi seniai perprastais lustų pramonės principais.

ENECO technologija tinka procesoriams, LED diodams, vaizdo kamerų jutikliams ir net orui bei maisto produktams vėsinti. Dabartinius kompresorinius šaldytuvus galėtų pakeisti tylūs prietaisai, kurie šaltį gamintų tiesiogiai iš elektros.

ENECO plokštės apie 20 proc. šilumos energijos paverčia šiluma arba gali atšaldyti iki itin žemų temperatūrų (-150 °C ir žemesnių).

Tikėkimės, kad sulauksime ir tokių generatorių, kurie elektrą gamins iš žmogaus kūno šilumos. Tada dėvimieji elektroniniai įtaisai (pvz., laikrodžiai, bevielės ausinės, klausos aparatai) veiktų nuolat.

Akumuliatorių naujovės

Taigi energiją gaminti sąlygiškai paprasta. Tačiau kaip ją išlaikyti, kad būtų galima panaudoti vėliau? Kaip įkrauti delninuką, kad jis veiktų savaitę, mėnesį? Kada elektromobiliais įveiksime ne 100–200 kilometrų, o apkeliausime visą Lietuvą?

Anksčiau rašėme apie nanotechnologijų pagrindu sukurtus „AltairNano“ akumuliatorius, tačiau jie vis dar nepradėti masiškai gaminti. Pateikiami tik keli praktinio naujoviškų akumuliatorių pritaikymo pavyzdžiai. Įrankius gaminanti bendrovė „Black&Decker“ panaudojo „A123 Systems“ baterijas ir išleido galingų belaidžių įtaisų seriją. Tai, kas anksčiau veikė tik iš tinklo (pvz., diskiniai ar metalo pjūklai), dabar yra visiškai savarankiški įtaisai. Tokius įrankius taip pat gamina „DeWALT“.

Stebėtina, kad tokie akumuliatoriai dar nėra plačiai naudojami kompiuteriuose. Galbūt viską lemia kaina? Juk universalus „N-Charge® Power System“ energijos šaltinis, iki 10 val. tiekiantis elektrą nešiojamiesiems kompiuteriams, kainuoja 200–350 JAV dolerių… Per brangu pagrindiniam akumuliatoriui.

Netolimoje ateityje nanotechnologijų akumuliatoriai išpopuliarės ir atpigs. Dėl daugybės tuo besiverčiančių bendrovių bus naudojamos kelios analogiškos technologijos, todėl vartotojai galės atsirinkti geriausius gaminius.

„Zenn“ elektromobilis

Itin daug tikimasi iš modernių kondensatorių. Tai nėra baterijos tiesiogine prasme, nes kondensatoriuose nevyksta cheminių reakcijų. Juose elektronai saugomi mechaniškai, todėl jie nesidėvi, neturi „atminties“, įkraunami ir energiją atiduoda itin sparčiai. Manoma, kad kondensatoriai galės sėkmingai pakeisti dabartinius akumuliatorius elektronikos gaminiuose ir net automobiliuose. Bene daugiausia dėmesio sulaukusi bendrovė „EEStor“ iki 2008 m. vidurio žada pateikti 15 kWh talpos, maždaug 45 kg svorio kondensatorius, kurie bus pirmiausia panaudoti „Zenn“ elektromobiliuose. Ši bendrovė taip vengia viešumos, kad net neturi savo interneto svetainės. Jei planai nepasikeis ir gamyba nebus dar kartą atidėta, vienąkart įkrautas „Zenn“ įveiks šimtus kilometrų, akumuliatoriai (kondensatoriai) įsikraus per penkias minutes, o dinaminiai duomenys prilygs sportiniam automobiliui.

Taikant tokią technologiją kompiuterijoje, nešiojamųjų kompiuterių akumuliatoriai įsikrautų akimirksniu – vos įjungus į elektros lizdą!

Ne viskas taip gražu, kaip atrodo

Jau tapo įprasta, kad naujai susikūrusios bendrovės, skelbiančios vienokią ar kitokią „revoliuciją“, savo gaminius pradeda gaminti gerokai vėliau, nei prieš tai pasiskelbusios. Kaina taip pat neišvengiamai auga ir „pigi gamyba“ tampa ne tokia prieinama ir patraukli. Ir nors bendrovėms naujokėms tai atleistina (sunku rasti investuotojų, reikia atlikti išsamius bandymus ir pan.), mums, vartotojams, nuo to nė kiek ne lengviau.

Taigi visus techninius duomenis ir terminus reikia vertinti atsargiai. Naudingumo koeficientus mintyse sumažinkime, kainą – padidinkime, o pačių gaminių tikėkimės metais ar dvejais vėliau. Tuomet nusivylimų bus mažiau, o naudos vis tiek turėsime nemažai.

Ir vėl tie patentai

Patentai – neišvengiama tyrimų dalis. Dauguma bendrovių slapukauja ir neskelbia apie savo gaminius tol, kol užsitikrina patikimą patentų rinkinį, kuris leistų apsaugoti verslą nuo konkurentų. Investuotojams turimi patentai taip pat yra tarsi garantas. Tačiau patentavimas nėra pigus ir užtrunka. Taigi tai yra savotiškas inovacijų stabdys.

Pasauliui praverstų „atvirasis“ patentavimas: išradėjas gautų patentą ir autorių teises į savo technologiją, tačiau leistų ja nemokamai naudotis visiems norintiems, tačiau su sąlyga, kad visi paskesni tos technologijos pakeitimai taip pat bus neatlygintinai perduoti visuomenei. Suprantama, to tikėtis – naivu, bent jau tol, kol už patento išdavimą imami dideli mokesčiai.