Kde brát energii

12. 10. 2004

Budoucnost sahá od plynu ze dna moří až po jaderné elektrárny s keramickými koulemi

Způsob, jakým vyrábíme a spotřebováváme energii, se v posledních desetiletích nijak významně nezměnil. Jistě, občas se dá zahlédnout automobil na kombinovaný benzinový a elektrický pohon nebo supermoderní větrná elektrárna. Výzkum na tomto poli však není příliš energický. Žádný div – s výjimkou krize v sedmdesátých letech bývala fosilní paliva obvykle dostupná levně a v dostatečném množství. Nadcházející desetiletí však slibují radikální změnu. Rostoucí ceny, geopolitická nestabilita, globální oteplování a znečištění nutí vlády i firmy celého světa stupňovat honbu za novými hnacími silami ekonomiky. Mají ambiciózní cíle – velké množství energie v čisté a bezpečné formě a úspornější způsoby jejího využití.
Jejich úsilí zahrnuje všechno od vodíkem poháněných vozů přes bezpečné jaderné reaktory až po sluneční energii, účinné osvětlení a metan ze dna oceánů. Některé z těchto snah samozřejmě nikdy nepřinesou ovoce. Například americké ministerstvo energetiky vynaložilo téměř deset miliard dolarů na výzkum jaderné fúze s mizivými výsledky. Navíc pokud ceny znovu klesnou, mohou soukromé firmy zastavit svůj energetický výzkum. Přesto je tlak na nové objevy silnější než kdy předtím. „Musíme najít alternativy,“ varuje Amos M. Nur, profesor geofyziky na Stanfordově univerzitě, podle něhož se světová produkce ropy blíží ke svému vrcholu, a dodává, „Jestli to nedokážeme, brzy budeme mít spoustu problémů.“
V příštích desetiletích by mohly nabýt na významu následující technologie.

Návrat vodíku.

Už koncem 18. století byly ulice evropských měst, veřejné budovy i domácnosti osvětlovány plynem s vysokým podílem vodíku získaným z koksování uhlí. Svítiplyn, často nazývaný též městský plyn, byl ve značné části světa široce využíván až do prvních let století dvacátého, kdy na jeho místo nastoupily zemní plyn a elektřina. Dnes se vlády mnoha průmyslových zemí snaží k vodíku vrátit – tentokrát jako k motorovému palivu 21. století.
Přechod k vodíku už začal, i když zatím pomalu. hlavní výrobci automobilů vyvinuly motory, které mohou místo benzinu spalovat tento prvek lehčí než vzduch. Také už vědí, jak vyrábět palivové články, jež získávají elektřinu pomocí slučování vodíku s kyslíkem s dvojnásobnou energetickou účinností oproti spalovacím motorům. Island, který má dostatek geotermální energie pro izolování vodíku, už používá vodíkové autobusy a čerpací stanice. Tamní vláda slibuje, že do padesáti let přejde na vodík celá ekonomika.
I horliví zastánci vodíku však přiznávají, že stále zbývá překonat obrovské překážky. Zcela chybí jedna zásadní věc – levný způsob, jak bez znečištění získávat čistý vodík, ať už z vody nebo z uhlovodíkových paliv, jako je metan. Výroba palivových článků je také pětkrát dražší než výroba stejně výkonných spalovacích motorů. U dnešních prototypů navíc zabírá palivová nádrž celý zavazadlový prostor.
Americké ministerstvo energetiky vynakládá v rámci pětileté iniciativy na vyřešení těchto problémů 1,7 miliardy dolarů. Vědci už od roku 1990 redukovali výrobní náklady palivových článků o pětadevadesát procent. Pokud by je dokázali dále snížit, mohlo by to mít značné ekonomické přínosy. Kdyby jezdil na vodík jen jeden ze sta osobních a dodávkových automobilů ve Spojených státech, znamenalo by to každodenní úsporu více než 17,5 milionu litrů benzinu.

Mírumilovné atomy.

Další závod ve využití atomové energie odstartoval, tentokrát ale beze zbraní. Už napřesrok chtějí soupeřící týmy s vládní účastí začít v Číně a Jižní Africe budovat jaderné reaktory komerčně využitelné velikosti, které se budou diametrálně lišit od dnes používané konstrukce. Podobná elektrárna může už brzy stát i v USA. Novou technologií, jež se za tím skrývá, je PBMR – pebble-bed modular reactor, tedy modulární kuličkový reaktor.
Dnešní atomové kolosy využívají uranové tyče, při jejichž štěpení vzniká přehřátá pára pohánějící turbíny elektrických generátorů. PBMR však tvoří nevelké bloky poháněné tisíci uranovými kapslemi o velikosti kulečníkových koulí uzavřených v keramických pláštích, které zahřívají komoru s heliem, jež pohání generátory. Náhrada páry heliem by měla zvýšit účinnost minimálně o 35 procent. Pilotní projekty také ukázaly, že tento druh konstrukce je již ze své podstaty bezpečnější: radioaktivní vedlejší produkty zůstávají uzavřeny v keramických pouzdrech a s rostoucí teplotou plynu v komoře se jaderná reakce zpomaluje, což zabraňuje roztavení reaktoru.
Ani reaktory PBMR však nejsou zcela bezchybné. I ony produkují jaderný odpad, který zůstane nebezpečně radioaktivní po celé věky. Ostatní paliva jsou však na ústupu a průmysl i státní sektor se začínají znovu zamýšlet nad atomovou energií. Bez nové technologie uhlí vypadává ze hry, protože je „špinavé“ a produkuje skleníkové plyny, zatímco zemní plyn, jehož spalování přináší méně emisí, stojí čím dál víc. Uran je levný a neznečišťuje ovzduší.
Čínští a jihoafričtí představitelé očekávají, že elektrárny typu PBMR budou uvedeny do zkušebního provozu kolem roku 2011. Čína dokonce mluví o tom, že v příštích dvaceti letech postaví třicet takových reaktorů, aby uspokojila stoupající poptávku po elektřině. Americké ministerstvo energetiky hodlá sponzorovat elektrárnu PBMR ve státě Idaho, jejíž spuštění je plánováno na rok 2012.
Navzdory rychle rostoucí poptávce Spojené státy produkují stejné množství zemního plynu jako před třiceti lety. Dokonalejší technologie nestačí na stále se tenčící přírodní zdroje. Výsledkem je růst cen zemního plynu v USA od roku 1999 na více než dvojnásobek. Řešení může přijít z nečekaného místa – z mořského dna.
Jen kousek pod oceánským dnem podél spodního okraje pevninských prahů, ale i v arktickém permafrostu se nacházejí obrovská ložiska krystalizovaného zemního plynu rozptýleného v ledu, známého jako hydrát metanu. Úřad geologického výzkumu Spojených států amerických odhaduje, že globální rezervy hydrátu metanu mohou nabídnout dvakrát tolik energie co veškerá potvrzená světová ložiska uhlí, ropy a zemního plynu dohromady.
Nikdo však zatím nepřišel na to, jak tento energetický zdroj efektivně ekonomicky využít. Hydrát metanu je příliš rozptýlen mezi usazeninami, než aby mohl být čerpán na povrch jako ropa nebo zemní plyn. Nijak zvlášť nefunguje ani bagrování, protože to znamená těžit tuny bahna a vynášet je na povrch oceánu, kde probíhá odlučovací proces.

Náhradní řešení.

Společnost ChevronTexaco ve spolupráci s americkým ministerstvem energetiky řídí mezinárodní konsorcium, které v Mexickém zálivu identifikovalo naleziště, jež by měla obsahovat zásoby hydrátu metanu. Tento naftařský gigant hodlá zahájit na jaře příštího roku vrty, které by vynesly na povrch vzorky z ložisek a pomohly konkretizovat představu, jak plyn získat. Také Japonsko a Indie, jež mají nedostatek energie, sázejí na hydrát metanu. Vědci doufají v průlom nejpozději v roce 2025.
Dokud nedojde k realizaci těchto dlouhodobých řešení, mohou světu pomoci přežít postupné inovace v ostatních oblastech.
Nedostatečným domácím zdrojům USA může během pár let ulehčit dovoz zemního plynu. Po vzoru Japonska, Jižní Koreje a západní Evropy vypracovaly i americké energetické firmy plány na asi čtyřicet nových přístavišť, která by umožnila obrovské zvýšení importu zemního plynu zkapalněného při velmi nízké teplotě ve speciálních tankerech. Nejdále je zatím Sempra Energy. Tato společnost ze San Diega hodlá ještě letos zahájit stavbu přístaviště pro přepravu kapalného zemního plynu v Louisianě a další v Kalifornii. Prohlašuje, že do roku 2007 bude mít hotová přinejmenším tři přístaviště.
Další firmy pracují na osvětlovacích technologiích, díky nimž energetické zdroje vydrží déle. Mnoho měst instaluje tabule a značky osvětlené skupinami světelných diod namísto žárovkovými světly. Spotřebují jen desetinu elektřiny a vydrží až stokrát déle. General Electric, Royal Philips Electronics a další společnosti se předhánějí, kdo přijde s cenově přijatelnými diodami, které by fungovaly ve standardním pokojovém prostředí.
Také solární energie je na vzestupu. Fotoelektrické panely – tenké polovodičové fólie, které proměňují fotony slunečního záření v elektřinu – se stále častěji používají v Japonsku a v Německu, kde vlády financují jejich výzkum, i v rozvojových oblastech, jako je zemědělská Indie a Nigérie, kterým často chybí elektrická rozvodná síť. Stephanie A. Burnsová, generální ředitelka společnosti Dow Corning – předního dodavatele křemíku pro solární panely – poukazuje, že náklady rychle klesají a účinnost roste, a tak může být solární energie obrovskou příležitostí. „Nacházíme se právě na rozhraní technického projektu a funkčního produktu,“ chlubí se Daniel P. McGahn, výkonný viceprezident Konarka Technologies, firmy z Lowellu v Massachusetts, která se snaží zabudovat solární články do nejrůznějších produktů. „Teď už nás čeká poslední krok,“ dodává McGahn.
Za desítky let budou možná automobilisté pořád dojíždět do práce ve vozech s benzinovými motory. Možná budou dál v provozu uhelné elektrárny upravené tak, aby ještě více snížily emise vypouštěné do ovzduší. Ale kdo ví? Když vidíme potenciál současných energetických projektů, mohou být stejně vzácné jako dnes auta s hybridním pohonem nebo větrné elektrárny.

Wallace Broecker Profesor Lamont-Dohertyovy zemské observatoře Kolumbijské univerzity a přední vědec v oboru změn globálního klimatu.

Můžeme něco podniknout proti globálnímu oteplování, aniž bychom vážně ohrozili ekonomiku? Celá řada odborníků se domnívá, že lze podniknout potřebné kroky za cenu asi jednoho až dvou procent hrubého domácího produktu. Nejde však pouze o negativní záležitosti. Došlo by k vytvoření nových odvětví a přineslo by to spoustu stavební činnosti. Ale i když času není nazbyt, není ho tak málo, abychom museli všechno obracet vzhůru nohama a právě teď na to vynakládat peníze. Když na věc podíváme s odstupem a prohlásíme „Tenhle problém bychom dokázali vyřešit za dalších třicet centů na galon benzinu“, většina lidí na celém světě s tím bude souhlasit. To nás neporazí.

Existují nějaké novátorské nápady na řešení? Je jen jedno jisté řešení, a to je zachytávání kysličníku uhličitého a jeho odstraňování (neboli odchyt CO2 generovaného při spalování fosilních paliv a ukládání do hlubin země nebo jeho přeměna na pevnou látku). Nejde o jediné řešení, ale domnívám se, že je konečné.

Jaké očekáváte následky, pokud nezkusíme bojovat s globálním oteplováním? Stále ještě jsme nepochopili mechanismy klimatických změn, a děsí nás, že nedokážeme odhadnout, co může budoucnost přinést.
Jde o rozsáhlý problém a nebezpečný experiment. Možná má Lindzen (Richard S. Lindzen, profesor MIT - Massachusetts Institute of Technology) a přední skeptik globálního oteplování] pravdu a změna klimatu bude pouze velká bublina. Sázet na tento scénář by však mohlo být velmi nebezpečné.

Budoucnost energie Pokrok v oblasti energetických technologií je pomalý, ale na obzoru se již rýsují nové myšlenky

Energie z vodíku PRO: Čistá alternativa benzinu a dalších paliv
PROTI: Výroba vodíku spotřebuje víc energie, než přináší jeho využití

Nové atomové reaktory PRO: Bezpečnější, účinnější konstrukce a žádné emise skleníkových plynů
PROTI: Mnoho lidí jaderné elektrárny stále nenávidí a problémem zůstává skladování odpadu

Hydrát metanu PRO: Hojně se vyskytující zdroj zemního plynu, hořícího s minimem emisí
PROTI: Z ložisek v mořském dně nelze čerpat pomocí klasických vrtů

Terminál pro zkapalněný zemní plyn PRO: USA i další země mohou dovážet levný zemní plyn ve velkém
PROTI: Zařízení je drahé. Okolí se obává možných explozí

Solární energie PRO: Čistý, obnovitelný zdroj elektřiny
PROTI: Stále je nákladnější než fosilní paliva, vyžaduje slunečné podnebí