Schyłek ery paliw kopalnych
O wypieraniu energetyki opartej na węglu i ropie przez instalacje słoneczne i wiatrowe pisaliśmy w "MT" już wiele razy. W jednym z ostatnich wydań była nawet mowa o roku ubiegłym jako pod wieloma względami przełomowym w batalii odnawialnych źródeł z tradycyjnymi. W wielu krajach udało się zmniejszyć ceny energii z OZE poniżej tych odnoszących się do węgla (np. w Wielkiej Brytanii). Raz po raz pojawiały się też doniesienia, że w niektórych państwach źródła odnawialne czasowo pokrywały już "mityczne" 100% zapotrzebowania na energię (np. w Szkocji i Kostaryce) - i nawet więcej.
Jednak nie wszędzie i nie zawsze wiatr wieje równie mocno. A sprawność instalacji słonecznych jest relatywnie wysoka jedynie w dobrze nasłonecznionych okolicach. Trwają więc poszukiwania nowych źródeł energii, tzn. innych niż obecnie znane i intensywnie rozwijane. Koncepcji i prototypów jest sporo. Trudno orzec, co się sprawdzi i przyjmie w przyszłości.
Woda morska z potencjałem
Jednym z ciekawszych pomysłów, o którym niewiele się pisze, jest wykorzystanie jako źródła energii wody morskiej. Organizacja Sustainable Alternative Lighting, znana też jako SALt, rozdaje na Filipinach innowacyjne urządzenie - lampę z baterią napełnianą słoną wodą jako elektrolitem. Jedna szklanka takiej wody zapewnia osiem godzin świecenia. Lampa SALt to gadżet, drobiazg, ale sam fakt, że ze słonej wody, której na Ziemi mamy w nadmiarze, da się generować energię elektryczną, jest bardzo ciekawy.
Trwają też całkiem poważne prace nad paliwem z wody morskiej. Naukowcy pracujący dla amerykańskiej marynarki wojennej wynaleźli metodę uzyskiwania ze słonej wody paliwa węglowodorowego. Nie różni się ono jakością od tego stosowanego do napędu pojazdów. Badacze przeprowadzili udane próby z modelem samolotu. Na razie opracowano produkcję na niewielką skalę, ale - jak przewidują eksperci - jeśli metoda będzie się rozwijać, za ok. dziesięć lat może zastąpić tradycyjny system dostaw paliwa, choć na razie tylko dla marynarki wojennej.
W ubiegłym roku Wydział Inżynierii Materiałowej i Technologii Laboratorium Badawczego Amerykańskiej Marynarki Wojennej NRL (Naval Research Laboratory) otrzymał pierwszy patent na metodę SCCP (Seawater Carbon Capture Process) - jednoczesne wyodrębnianie dwutlenku węgla i wodoru z wody morskiej. Dzięki temu pojedynczemu procesowi w module E-CEM (Electrolytic Cation Exchange Module) można otrzymać wszystkie składniki niezbędne do produkcji syntetycznych „węglowodorowych” paliw płynnych na morzu lub w rejonach oddalonych od baz zaopatrzeniowych. Amerykanie uzyskali możliwość produkowania z wody morskiej m.in.: wykorzystywanego przez amerykańskie okręty paliwa F-76, paliwa JP-5 używanego przez amerykańskie lotnictwo morskie oraz gazów LNG i CNG.
Specjaliści z laboratorium NRL studzą jednak nastroje, wskazując, że wprawdzie w porównaniu do poprzednio zbudowanego modułu E-CEM pierwszej generacji rzeczywiście udało się ponadczterdziestokrotnie zwiększyć wydajność, ale jak na razie pozwala to jedynie na wyprodukowanie ponad jednego galonu (3,79 litra) paliwa dziennie.
Wodór pełen zalet
Jednym z potencjalnych paliw przyszłości, które nie tylko nie należy do kopalnych, ale też nie wykazuje wszystkich ich wad, jest wodór. Mówiąc precyzyjnie - to nie tyle paliwo, ile nośnik energii, umożliwiający jej wygodne i efektywne przechowywanie i transportowanie. Pozwala gromadzić energię elektryczną w sposób znacznie bardziej ekonomiczny i praktyczny od innych. Powszechnie stosowane akumulatory ustępują technologii wodorowej pod względem ilości gromadzonej energii oraz szybkości ładowania. Wodór jest też zdecydowanie bardziej praktyczny od elektrowni szczytowo-pompowych magazynujących prąd na skalę przemysłową, ponieważ elektrolizery wody mogą mieć praktycznie dowolną wielkość i można je instalować w niemal każdym miejscu. To rozwiązanie pozwala w okresach mniejszego zapotrzebowania na prąd zagospodarować nadmiar energii elektrycznej wytwarzanej przez turbiny wiatrowe, panele fotowoltaiczne czy elektrownie konwencjonalne.
Wodór da się pozyskiwać bez obciążania środowiska naturalnego, z czystych surowców przy wykorzystaniu energii odnawialnej lub np. w procesie utylizacji odpadów z użyciem metody parowego reformingu metanu. Wykorzystanie nadmiaru prądu z elektrowni wiatrowych lub słonecznych w okresach mniejszego zapotrzebowania pozwala lepiej gospodarować zasobami infrastruktury energetycznej i obniża koszty produkcji, zaś pozyskiwanie wodoru z odpadów przyczynia się do ograniczenia emisji metanu, będącego gazem potęgującym efekt cieplarniany. Również wytwarzanie energii elektrycznej w wodorowych ogniwach paliwowych nie powoduje powstawania żadnych substancji szkodliwych dla środowiska - jedynym produktem ubocznym reakcji pozostaje czysta woda.
Choć wodór jest gazem łatwopalnym, a w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, w praktyce stwarza o wiele mniejsze zagrożenie niż popularny gaz LPG czy nawet benzyna. Będąc bowiem ponad czternaście razy lżejszy od powietrza, w przypadku rozszczelnienia instalacji natychmiast ulatuje, zanim zdąży utworzyć niebezpieczną mieszankę. Co więcej, w przeciwieństwie do benzyny i LPG, nawet w przypadku zapłonu nie powoduje wielkich szkód, ponieważ nie rozlewa się po podłożu, a pali się wąskim, szybko uciekającym ku górze płomieniem, wytwarzającym bardzo mało promieniowania cieplnego. Wykonywane obecnie instalacje wodorowe gwarantują zaś szczelność i wyposaża się je w zwielokrotnione zabezpieczenia.
Samochód elektryczny zasilany wodorowymi ogniwami paliwowymi nie ustępuje pod względem funkcjonalności i łatwości użytkowania pojazdom z napędem konwencjonalnym. Przykładowo, Toyota Mirai może przejechać na pełnych zbiornikach wodoru dystans od 550 do 850 km, tankowanie trwa zaledwie 3 minuty, a koszty wodoru są porównywalne z kosztami benzyny zużywanej przez średniej wielkości samochód z dwulitrowym silnikiem.
Głównymi problemami związanymi z wykorzystaniem wodoru są: spory koszt metod jego pozyskiwania i wciąż niezadowalająca efektywność tego procesu. Wytwarzanie i stosowanie wodoru jest na razie opłacalne tylko w określonych warunkach, np. gdy zastępuje inne, mniej wydajne formy magazynowania energii.
Zielony diesel
Innowacyjne podejście do paliw nie musi polegać zresztą na szukaniu zasadniczo nowych technologii. Można np. produkować syntetyczny e-diesel, który spełnia wymogi ekologicznego paliwa - tak jak nowe dzieło inżynierów z koncernu Audi. Stworzony przez nich olej napędowy jest przyjazny środowisku naturalnemu choćby dlatego, że do jego produkcji wykorzystuje się dwutlenek węgla. Zatem technologia pozostaje w zgodności z ogólnymi tendencjami energetycznymi zmierzającymi do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Produkcja Audi e-diesel odbywa się w kilku etapach: najpierw elektroliza wysokotemperaturowa rozdziela wodę - podgrzaną i zamienioną w parę - na wodór i tlen. Proces ten, przeprowadzany w temperaturze powyżej 800°C, jest bardziej wydajny niż w przypadku konwencjonalnych technologii, m.in. dzięki możliwości odzyskiwania ciepła. Wynikiem reakcji jest ciecz Blue Crude, składająca się z długołańcuchowych związków węglowodorowych. Efektywność tego procesu - od odnawialnego prądu do płynnego węglowodoru - jest bardzo wysoka i wynosi 70%. Podobnie jak naturalną ropę naftową, Blue Crude uszlachetnia się w procesie rafineryjnym, aż otrzymuje się produkt końcowy. Syntetyczne paliwo nie zawiera siarki i aromatów oraz charakteryzuje się wysoką liczbą cetanową, czyli zdolnością do samozapłonu. Jak wykazały testy laboratoryjne prowadzone przez Audi, e-diesel nadaje się do mieszania z tradycyjnym olejem napędowym, a wg przewidywań wkrótce będzie można go używać również jako samodzielnego paliwa.
Jak widać, zapowiadane szumnie pożegnanie z paliwami kopalnymi nie musi wcale oznaczać pożegnania z paliwami i ich spalaniem w ogóle. Być może najlepszą drogą dla energetyki jest dywersyfikacja, różnicowanie sposobów generowania energii. Zależnie od okoliczności, potrzeb i bieżącej opłacalności, mogą to być OZE, nowe paliwa, wodór lub inne metody, których jeszcze nie znamy. I właśnie to byłaby największa różnica w stosunku do ery monopolu i uzależnienia od węgla oraz ropy.
