­Skąd mamy energię?

To pytanie nie jest bez sensu. Jak oszczędzać, jak racjonalnie korzystać z energii, skoro nie zastanawiamy się nad jej źródłem? Najprostsza odpowiedź jest taka, że energia pochodzi z gniazdka, z elektrowni. No ale to tak, jak gdyby powiedzieć, że mleko pochodzi z kartonika. Mleko bierze się „od krowy”, ale nawet ta odpowiedź nie jest do końca satysfakcjonująca. Przecież krowa nie stwarza mleka z niczego. Potrzebuje do tego pożywienia, wody i powietrza. To pożywienie stanowią cukry, białka, pewnie także trochę tłuszczów. Skąd w tych cząsteczkach wzięła się energia do produkcji mleka? Jej źródło jest takie samo jak źródło energii dla samochodów, domów i fabryk.

Biedni chcą być bogaci

Sześć lat temu w Rzymie odbył się Światowy Kongres Energetyczny. Takie spotkania odbywają się regularnie od wielu, wielu lat. Wniosek płynący z każdego z nich jest zawsze ten sam. Mamy za mało energii, a w przyszłości będziemy jej potrzebowali jeszcze więcej. Na wspomnianym kongresie w Rzymie obliczono, że światowe zasoby energetyczne muszą podwoić się do 2050 roku. Jesteśmy coraz bardziej zachłanni i coraz więcej zużywamy. Światowa gospodarka rozwija się, a rozwój oznacza konsumpcję. Konsumpcja zaś – zapotrzebowanie na energię. Dzisiaj wiemy już, że podwojenie zasobów będzie niewystarczające. Potrzeba więcej. WIĘCEJ.

I tutaj odzywają się w nas emocje, które podpowiadają, że może za dużo konsumujemy… Może jesteśmy zbyt zachłanni? To chyba temat na inny artykuł. Rosnące potrzeby energetyczne nie są spowodowane tym, że bogaci chcą jeszcze więcej, ale głównie tym, że od niedawna biedni chcą dorównać tym bogatym. Chiny i Indie, ale także niektóre inne kraje azjatyckie oraz te leżące w Ameryce Południowej chcą poziomem życia dorównać najbogatszym, czyli USA, Kanadzie i niemal całej Europie. Czy można rozwijające się państwa winić za to, że chcą równać do góry, a nie do dołu?

Co ciekawe, brak energii nie jest problemem energii jako takiej, tylko technologii, z której korzystamy. Źródeł energii jest naprawdę sporo, tyle tylko, że nie potrafimy z nich korzystać. Co więcej, nawet gdy mamy jakąś technologię, jej wydajność jest niska. W efekcie usychamy z pragnienia, mimo że wokoło jest pełno wody. Problem niedoboru energii mógłby zostać zignorowany, gdyby nie to, że energia właśnie jest kluczem do rozwiązania wszystkich naglących problemów tej planety, czyli niedoboru wody i żywności. Tak na logikę – jak to możliwe, że spore obszary planety cierpią na niedobór wody, skoro trzy czwarte powierzchni Ziemi pokrywają morza i oceany? Odpowiedź jest dość prosta. Przeważająca większość dostępnej na Ziemi wody to woda słona, niezdatna do picia. Po to, by ze słonej wody zrobić słodką, potrzeba sporych ilości energii. Podobnie jest z żywnością. Ogromne obszary Ziemi nie mogą być uprawiane, bo jest tam za sucho. Wody jest dużo, ale słoną wodą nie da się podlewać zboża, nie można poić bydła. No i problem znowu wraca do braku energii.

Słońce w węglu

Dostawcą przeważającej większości energii na Ziemię jest Słońce. Dostarcza ją teraz i dostarczało w przeszłości nie tylko dlatego, że świeci, ale także dlatego, że pośrednio powoduje ruch powietrza (czyli wiatry) i wody (czyli fale). Dzisiaj dostępne źródła energii można więc podzielić na te zdeponowane przez Słońce w przeszłości – nazwane nieodnawialnymi – i te udostępniane nam na bieżąco – czyli odnawialne. Z tego podziału wyłamuje się energetyka jądrowa, geotermalna i grawitacyjna oraz fuzja jądrowa. Dzięki Słońcu na Ziemi funkcjonuje wszystko, co żyje. Począwszy od roślin zielonych, a skończywszy na zwierzętach, które te rośliny jedzą. Rośliny rosną, ponieważ istnieje reakcja fotosyntezy, w której dzięki energii słonecznej, wodzie i CO2 powstają cukry, ale także białka i tłuszcze. W cząsteczkach tych substancji „zamknięta” jest energia słoneczna, która jest przekazywana dalej, zwierzętom jedzącym rośliny. Zanim jednak dojdziemy do samych zwierząt… rośliny – w tym drzewa – rosną i rozprzestrzeniają się (bo wieje wiatr) dzięki energii słonecznej. Korzystaliśmy z tego od tysięcy lat, spalając drewno. Drzewo jednak wolniej rośnie, niż się spala. Z biegiem lat było nas coraz więcej i coraz więcej energii potrzebował nasz przemysł. Wtedy zaczęło brakować lasów pod topór. Całe szczęście umieliśmy już wydobywać i spalać węgiel, ropę naftową i gaz. Ale w gruncie rzeczy to to samo co spalanie drewna. Tyle tylko, że w przypadku drzewa energia słoneczna była „deponowana” na Ziemi przez kilka dziesięcioleci, a w przypadku węgla czy ropy – przez miliony lat. Ropa naftowa nie powstawała z roślin, tylko z resztek małych organizmów zwierzęcych żyjących pod wodą. Ale to nie ma znaczenia, bo te zwierzęta żywiły się roślinami, a te miały energię słoneczną. I tak znowu „trafiliśmy na Słońce”.

Kłopot w tym, że spalanie kopalin jest toksyczne. Badania przeprowadzane w różnych krajach potwierdzają, że typowa elektrownia węglowa o mocy 1 GWe powoduje przedwczesną śmierć od 100 do 500 osób. Nie są to ofiary związane z wydobywaniem węgla czy jego transportem, lecz jedynie ludzie, którzy mieli wątpliwe szczęście mieszkać w sąsiedztwie dymiącego komina. Pomijając jednak fakt emitowania do atmosfery przy spalaniu kopalin wielu niebezpiecznych substancji – czy roztropne jest lawinowe wykorzystywanie tego, co przyroda magazynowała przez tak długi okres? Nie! Ropa czy węgiel mogą być wykorzystywane dużo lepiej w przemyśle, w tym farmaceutycznym, niż w energetyce. Spalanie paliw kopalnych to zwykłe marnotrawstwo.

Zabrakło kamieni?

Jeżeli nie węgiel, ropa czy gaz, z czego powinniśmy produkować energię? Źródła odnawialne (które też czerpią z energii słonecznej) są w naszym klimacie i położeniu geograficznym zawodne. Na Islandii, bogatej w gorące źródła, około 80 proc. całej produkcji energii stanowi ta odnawialna. W Norwegii (długa i wietrzna linia brzegowa) kilkadziesiąt procent energii produkują wiatraki, a w niektórych krajach Afryki ponad połowa całej wyprodukowanej energii jest pochodzenia słonecznego. U nas takie wskaźniki są niemożliwe do osiągnięcia. A więc mamy do wyboru dwa scenariusze, przy czym jeden nie wyklucza drugiego. Pierwszy to inwestowanie w wydajne magazyny energii i sposoby jej łatwego transportu. Dzięki temu możliwe byłoby produkowanie energii (np. w ogniwach fotowoltaicznych) na Saharze i jej transport (przesył) do Europy. Ten scenariusz wiąże się jednak z dość dużym ryzykiem politycznym. Wiele krajów, które mogłyby produkować energię ze Słońca, to obszary niestabilne politycznie.

Drugi kierunek to rozwijanie technologii, które pozwolą energię ze Słońca pozyskiwać na miejscu. Dzisiaj wydajność ogniw fotowoltaicznych wybudowanych z krzemu jest niewielka, ale w przyszłości? Kto wie. W „Gościu” wielokrotnie pisaliśmy o budowanych przez Polkę, Olgę Malinkiewicz, ogniw nowego typu – perowskitowych. A może pojawi się jeszcze inne rozwiązanie?

Słońce dostarczało i dostarcza przeważającej większości energii, jaką możemy dysponować na Ziemi. Możemy z niej czerpać pełnymi garściami. Nic, tylko znaleźć na to sposób. Metody, o których wspomniałem na wstępie (energia atomu, energia geotermalna), a które nie mają nic wspólnego z działalnością Słońca, w niektórych krajach stanowią bardzo ważne źródło energii elektrycznej. Wiele wskazuje jednak na to, że w przyszłości nie będą komfortową opcją i odejdą w niepamięć albo pozostaną marginesem.

Nie ma wątpliwości, że z wyczerpaniem paliw kopalnych będziemy musieli się zmierzyć nie za kilkaset, ale kilkadziesiąt lat. Oszczędzanie energii, zwiększanie efektywności jej wykorzystania czy też sięganie po rozwiązania dostępne w ograniczonej skali nie zahamują tego procesu, tylko go nieznacznie opóźnią. Od nas zależy, czy na czas przygotujemy się do tej chwili, czy obudzimy się w świecie ciemnym, zimnym i brudnym. I wcale nie trzeba czekać na moment, w którym wyczerpią się pokłady węgla, ropy czy gazu. W końcu „epoka kamienia łupanego nie skończyła się z powodu braku kamieni”.