Czy stać nas na czystą energię?

Fotoogniwa umożliwiają zamianę energii promieni słonecznych w energię elektryczną. Łączna moc takich ogniw na świecie wynosi 500 megawatów, a zapotrzebowanie na energię słoneczną wzrasta co roku o 30 procent. Obecnie jednak fotoogniwa są mało wydajne i wytwarzana przez nie energia elektryczna jest droga w porównaniu z energią uzyskiwaną z paliw kopalnych. Poza tym do produkcji fotoogniw wykorzystuje się toksyczne substancje, takie jak siarczek kadmu czy arsenek galu. Jak zauważono w czasopiśmie Bioscience, związki te „utrzymują się w środowisku przez setki lat, toteż usuwanie i recykling zużytych ogniw może stać się poważnym problemem”.

Załóżmy, że dałoby się wykopać szyb sięgający jądra Ziemi, gdzie temperatura przekracza 4000°C. W takim szybie co kilometr temperatura rosłaby średnio o 30 stopni. Do tego ciepła pochodzącego z wnętrza Ziemi ułatwiony dostęp mają osoby mieszkające w rejonach występowania źródeł termalnych lub szczelin wulkanicznych. Tak zwane plamy gorące w skorupie ziemskiej dostarczają gorącej wody lub pary, które już w 58 krajach są wykorzystywane do ogrzewania domów i wytwarzania elektryczności. W Islandii energia geotermalna mniej więcej w połowie pokrywa zapotrzebowanie energetyczne. Inne kraje, na przykład Australia, chciałyby spożytkować energię zgromadzoną w ogromnych gorących pokładach skalnych leżących zaledwie kilka kilometrów pod powierzchnią. W czasopiśmie Australian Geographic napisano: „Zdaniem niektórych naukowców gdybyśmy do tych ‚pokładów ciepła’ wpompowali wodę, to po ogrzaniu wróciłaby ona na powierzchnię pod bardzo wysokim ciśnieniem, dzięki czemu mogłaby wprawiać w ruch turbiny. Taka metoda pozwalałaby generować energię przez dziesiątki, a nawet setki lat”.

Elektrownie wodne już produkują przeszło 6 procent energii zużywanej na świecie. Jak czytamy w raporcie IEO2003, w ciągu najbliższych 20 lat „wzrost produkcji energii odnawialnej nastąpi głównie dzięki wielkim elektrowniom wodnym, które powstaną w krajach rozwijających się, zwłaszcza azjatyckich”. Jednak czasopismo Bioscience ostrzega: „Wody tworzonych zbiorników często zalewają cenne i żyzne niziny aluwialne. Poza tym zapory zmieniają środowisko życia roślin, zwierząt i mikroorganizmów”.

Wodór — bezbarwny, bezwonny, palny gaz — to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie. Na Ziemi stanowi podstawowy składnik tkanek roślinnych i zwierzęcych oraz paliw kopalnych, a także jest jednym z dwóch pierwiastków tworzących wodę. Spalanie wodoru jest procesem czystszym i bardziej wydajnym niż spalanie paliw konwencjonalnych.

Jak wyjaśnia czasopismo Science News Online, „prąd przepływający przez wodę rozkłada ją na tlen i wodór”. Chociaż można tak otrzymać ogromne ilości wodoru, „ten pozornie prosty proces nie jest jeszcze opłacalny”. W zakładach przemysłowych na całym świecie wytwarza się jakieś 45 milionów ton wodoru, głównie na potrzeby produkcji nawozów i środków czystości. Używa się jednak do tego paliw kopalnych, w wyniku czego uwalniany jest trujący tlenek węgla, a także dwutlenek węgla, który nasila efekt cieplarniany.

Mimo to wiele osób uważa wodór za najbardziej obiecujące alternatywne źródło energii, które odegra ważną rolę w zaspokajaniu przyszłych potrzeb energetycznych ludzkości. Optymizm ten opiera się na niedawnych usprawnieniach dokonanych w urządzeniu zwanym ogniwem paliwowym.

Samochód zasilany ogniwami paliwowymi, rok 2004

Ogniwa paliwowe wytwarzają energię z wodoru podczas kontrolowanej reakcji utleniania. Jeśli korzysta się z czystego wodoru, a nie z paliw kopalnych zawierających duże ilości tego pierwiastka, jedynymi produktami ubocznymi reakcji są woda i ciepło.

Pierwsze ogniwo paliwowe zbudował w roku 1839 brytyjski sędzia i fizyk William Grove. Ale produkcja takich ogniw wiązała się z wysokimi kosztami i ciężko było uzyskać potrzebne do nich paliwo oraz materiały. Dlatego technologia ta nie budziła wielkiego zainteresowania aż do połowy XX wieku, kiedy to ogniwa paliwowe zaczęto instalować w amerykańskich statkach kosmicznych. Dzisiaj technologię tę nadal wykorzystuje się do zasilania statków kosmicznych w energię elektryczną, ale po udoskonaleniu znalazła też sporo „przyziemnych” zastosowań.

Obecnie trwają prace nad udoskonaleniem ogniw paliwowych, by mogły zastąpić silniki spalinowe w pojazdach, dostarczać energii do budynków mieszkalnych i biurowych, a także zasilać niewielkie urządzenia elektryczne, na przykład telefony komórkowe czy laptopy. Niestety, jak dotąd energia uzyskiwana ze stacjonarnych ogniw paliwowych jest przeszło cztery razy droższa niż energia uzyskiwana z paliw kopalnych. Jednak w rozwój tej nowej technologii inwestuje się setki milionów dolarów.