Může svět pohánět modrá energie?

29.3.2017

OBNOVITELNÉ ZDROJE - Čínská laboratoř experimentuje se zcela novým typem mořských elektráren, které vyrábějí energii jednoduše třením.

Vzhledem k tomu, kolik se toho mluví o obnovitelných zdrojích, je jejich škála vlastně chudá: slunce, vítr, gravitace. Solární a větrná energie jsou „in“, využívají se ve stále větším měřítku, ale pořád jsou drahé a z principu ne zcela spolehlivé. S gravitací – která je ve skutečnosti tím, co pohání vodní elektrárny – je to v těchto ohledech lepší. Má jinou nevýhodu: nemůže jí být dost. Vhodných míst pro stavbu těchto zařízení není mnoho a jejich potenciál je tak ve vyspělých státech z velké části vyčerpaný. Dobře to dokládá fakt, že masivní podpora obnovitelných zdrojů třeba v Evropě nevedla k významnému nárůstu podílu „vody“ na výrobě elektřiny.

spe12017_s2hlavni.jpg

Ale nabízí se tu ještě jeden zdroj: vlny na hladinách pozemských oceánů. Je to potenciálně ohromný zdroj, protože oceány pokrývají 70 procent zemského povrchu. Je také relativně snadno využitelný, protože v sobě neskrývá žádná velká bezpečnostní rizika a případná stavba elektráren na moři nekonkuruje lidem, jejich obydlím či zemědělství. Hladiny moří se přitom pohupují prakticky neustále, dnem i nocí, takže jde i o zdroj dosti stálý a spolehlivý. Možná ne tolik jako fosilní či jaderné elektrárny, ale více než třeba fotovoltaika.

Hlavní důvod, proč se elektřina z vln nevyrábí, je technologický. Nemáme žádný vhodný postup. A byť se na několika místech světa dnes možné postupy zkoušejí, tyto experimenty neslibují žádný zásadní průlom. Žádný z těchto projektů není plně komerční, a jde o různé kombinace tradičních velkých elektromagnetických generátorů s různými variantami plováků či bójí. Vyžadují buď umístění konstrukcí na mořském dně, nebo alespoň pevné ukotvení na dně. Což samozřejmě zase znamená, že jsou využitelné v blízkosti pobřeží a jsou dosti náročné na stavbu i kapitál.

Šéf Pekingského ústavu pro nanoenergii a nanosystémy Čung Lin Wang (angl. transkripcí Zhong Lin Wang) ovšem tvrdí, že existuje mnohem lepší způsob, jak světové oceány změnit ve zdroj energie. Vědec, který mimochodem dlouhé roky působil na špičkových amerických univerzitách, říká, že klíčem jsou technologie vyvinuté v miniaturním měřítku: postupy používané pro výrobu energie z lidského pohybu.

Zoom gallery

Jako tření liščího ocasu ebenovou tyčí

Taková zařízení vyvíjí celá řada výzkumných skupin, včetně té Wangovy. Ta pracuje na minigerátorech pro zdravotnická zařízení, které získávají energii z tepu pacientova srdce. Nebo na „matracích“, které mohou sloužit k výrobě elektřiny třeba pro jednoduché osvětlení. Wang a spol. se ve výzkumu soustředí především na technologie, které využívají k výrobě energie tření.

Jde o všem z praxe dobře známý vznik statického náboje při tření dvou materiálů, které špatně vedou elektřinu, třeba papíru, plastu, skla či některých textilií. Takzvaný triboelektrický jev není jediným mechanismem vzniku statických nábojů kolem nás, ale je tím nejčastějším. Popsaný byl už v antice a vlastně díky němu říkáme elektřině elektřina: výraz pochází z řeckého slova pro jantar (elektron), ve kterém náboj vzniká třením s ovčí kůží, jak si všiml Thalés z Milétu.

Wang na základě svých zkušeností tvrdí, že tento postup je levnější a praktičtější než jiné „mikrozdroje“, například využití tzv. piezoelektrických materiálů, které vyrábějí elektřinu pod tlakem. Už v roce 2011 proto jeho tým vytvořil první pokusné „triboelektrické nanogenerátory“ v rozměrech od čtverečních milimetrů po čtvereční metry. Za vhodných podmínek (pohyb nesmí být rychlý, atd.) dokáží na elektřinu přeměnit zhruba polovinu mechanické energie; piezoelektrické materiály mívají účinnost kolem 10 procent.

Pomeranče na vlnách

K využití energie vln se Wang s kolegy rozhodl ovšem pro jiný design, tak trochu na principu matrjošky. Jde o vzduchem vyplněnou dutou kouli z dielektrického materiálu s menší koulí z jiného materiálu uvnitř zhruba o velikosti pomeranče. Jak se celá sestava houpe na vlnách, vzniká náboj. Malé generátory jsou z velké části vyrobeny z běžných materiálů (Wang zmínil gumu, křemík, teflon, měď, ocel atp.), a díky tomu i své konstrukci by měly být levné a snadno vyrobitelné i ve větším měřítku – zatím jde sice jen o odhad, ale na pohled těžko zpochybnitelný.

Množství vyrobené energie závisí na rychlosti, jakou se „nanogenerátor“ pohybuje na vlnách, přičemž na směru pohybu prakticky nezáleží. V podmínkách odpovídajících mírnému kolébání vln prý vyrábí řádově jednotky miliwattů. Což není samozřejmě mnoho, ovšem síla celého nápadu má být v množství. Wangův tým zatím vyzkoušel propojení zhruba 400 nanogenerátorů na ploše čtyř čtverečních metrů, a hypoteticky je samozřejmě možné propojit i mnohem větší plochy.

Jeden čtvereční kilometr sítě s deseticentimetrovými rozestupy by měl poměrně spolehlivě výkon jednoho megawatu. 

Wang na větších systémech údajně pracuje, což je samozřejmě další nezbytný krok vývoje. Aby „triboelektrické nanogenerátory“ skutečně rozumně přispěly k pokrytí energetických potřeb lidstva, musí jich být opravdu hodně. Na pokrytí spotřeby jedné žárovky (tj. řádově nízké desítky wattů) je zapotřebí zhruba tisíc či více „pomerančů“. Čtvereční kilometr sítě s deseticentimetrovými rozestupy už by měl snad poskytovat poměrně spolehlivě výkon kolem megawattu.

Není také nutné se omezovat jen na plochu. Zařízení by mělo být možné propojit i do trojrozměrné sítě, kde by větší část z nich byla pod hladinou: kdyby se podařilo pokrýt zhruba 150 tisíc čtverečních kilometrů moře trojrozměrnou sítí nanogenerátorů sahající deset metrů pod hladinu, mělo by to stačit zhruba na pokrytí současné energetické spotřeby celého lidstva. Taková mamutí konstrukce bude v praxi podle nás špatný nápad, to je pouze představa – a stejně tak nemá smysl omezovat se na jeden jediný zdroj – Wang tím chce jen ilustrovat, jak veliký potenciál jeho „modrá energie“, jak říká, vlastně má. Samozřejmě údaje je nutné brát s jistou rezervou, jde jen o výpočet na papíře. Skutečně zajímavé a směrodatné odhady bude možné dělat až po praktických zkouškách ve větším měřítku.

Co nám chybí

Čímž se dostáváme k otázce „kde je zakopaný pes“. Podle Wanga, který je samozřejmě zaujatý, ale na druhou stranu je jedním z mála lidí na světě, kdo alespoň první prototypy měl v ruce, by většina rýsujících se potíží měla být poměrně snadno řešitelná.

Zoom gallery

Hlavním omezujícím faktorem se mu zdá být trvanlivost nanogenerátorů v mořském prostředí. K jejich výrobě se používají organické materiály, které jsou sice levné, ale slaná voda a sluneční světlo je ničí. Čínský vědec se domnívá, že použité materiály by mohly v uzavřené kouli strávit v moři bez úhony zhruba jedno desetiletí, ale zatím to a) není ověřeno, b) není jasné, jestli to stačí, aby se investice dostatečně vyplatila.

Potíže jsou samozřejmě i další: kabely propojující celou síť musí být také samozřejmě dostatečně robustní, aby se síť nepotrhala a nevyžadovala častou údržbu – to by mohlo celý nápad z ekonomického hlediska dokonale pohřbít. Dalším problémem je, že zařízení přestává fungovat, když se do něj dostane voda, a tak musí být „pomeranče“ opravdu extrémně vodotěsné. Podle Wanga by ale mohla stačit povrchová úprava z nejnovějších generací přilnavých izolačních materiálů, které byly vyvinuty například u podvodních kabelů. Ale to bude nutné dokázat při praktických zkouškách.

V případě praktického nasazení, hlavně v nějakém větším měřítku, pak bude samozřejmě nutné věnovat pozornost i otázce vlivu systému na okolí. Musel by se najít kompromis, který by vyhovoval energetikům, rybářům, lodní dopravě, ochranářům, a možná i turistům či rekreantům. Samozřejmě, nabízí se možnost postavit sítě do těch nejopuštěnějších míst oceánu, daleko od břehů, ale to s sebou nese enormně zvýšené náklady na dopravu energie ke spotřebitelům a komplikuje to i další otázky (kontrolu a údržbu, například). Nemluvě o tom, že zatím nevíme jistě, jak těžké (ne)bude tyto sítě udržet na místě, a zda je například nebude nutné nějak upevnit na dno. Pokud ano, mělo by to být poměrně jednoduché, protože na rozdíl od dnešních designů vlnových generátorů toto připojení je skutečně jen pro jistotu a není součástí systému na výrobu energie.

Malé generátory jsou z velké části z běžných materiálů, a díky tomu i své konstrukci by měly být levné a snadno vyrobitelné.

Problém s sebou tedy nese celou řadu otazníků, to je jasné. Jeho rozběh bude s největší pravděpodobností vyžadovat zafinancování hodně nejistého vývoje a prvních zkoušek v praktických podmínkách – což znamená peníze od státu. Ale na druhou stranu, potenciál není nezajímavý a snad i relativně snadno prosaditelný.

Třeba proto, že jak nasvědčují zkušenosti mořských biologů, umělé konstrukce ve vodě mořský život vítá a mohly by sloužit i jako líheň a bezpečné útočiště pro hospodářsky či ekologicky zajímavé druhy. Samozřejmě, jde o zkušenosti získané v malém měřítku (na vracích atp.), ale i ty znamenají, že část námitek padá. Energetikům by mohly tyto systémy také relativně vyhovovat, protože fluktuace jejich výkonu by zřejmě měly být menší než u jiných obnovitelných zdrojů. Pokud tedy má Wang pravdu, a technické překážky se zdají překonatelné, šance, aby jeho „modrá energie“ nezůstala jen na stránkách vědeckých časopisů, vidíme jako celkem reálnou. Jen škoda, že nemáme to moře… 

Svět plný energie > Témata > Může svět pohánět modrá energie?

Aktuality
24.9.2017 Před 60 lety Československo poprvé rozštěpilo atom

JÁDRO - V úterý 24. září 1957 se krátce před půlnocí tehdejší Československo stalo devátou zemí na světě, která dokázala ovládnout jaderné štěpení. celý článek

12.9.2017 Hlubinné projekty geotermálních elektráren

AKTUALITY - Podle reportu geotermální asociace IGA je v současné době v 63 zemích světa v provozu na 320 větších elektráren a tepláren využívajících zemského tepla. celý článek

11.8.2017 Poprvé od 2006 klesl příspěvek na výrobu elektřiny

Poprvé od roku 2006 došlo loni k poklesu výše příspěvku podporovaným zdrojům energie (POZE), do které patří i téměř všechny obnovitelné zdroje energie. celý článek

20.7.2017 Mobilní větrné elektrárny do krizových oblastí

AKTUALITY - Německá společnost TwingTec by chtěla do oblastí postižených přírodními pohromami dodávat malé větrné elektrárny. celý článek

20.6.2017 Čína má příliš mnoho elektřiny

AKTUALITY - Vláda v Pekingu pozastavila plány na stavbu řady nových uhelných elektráren. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Matouš Lázňovský,
Martin Kročil, Jana Veselá

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
24.9.2017 Před 60 lety Československo poprvé rozštěpilo atom

JÁDRO - V úterý 24. září 1957 se krátce před půlnocí tehdejší Československo stalo devátou zemí na světě, která dokázala ovládnout jaderné štěpení. celý článek

12.9.2017 Hlubinné projekty geotermálních elektráren

AKTUALITY - Podle reportu geotermální asociace IGA je v současné době v 63 zemích světa v provozu na 320 větších elektráren a tepláren využívajících zemského tepla. celý článek

11.8.2017 Poprvé od 2006 klesl příspěvek na výrobu elektřiny

Poprvé od roku 2006 došlo loni k poklesu výše příspěvku podporovaným zdrojům energie (POZE), do které patří i téměř všechny obnovitelné zdroje energie. celý článek

20.7.2017 Mobilní větrné elektrárny do krizových oblastí

AKTUALITY - Německá společnost TwingTec by chtěla do oblastí postižených přírodními pohromami dodávat malé větrné elektrárny. celý článek

20.6.2017 Čína má příliš mnoho elektřiny

AKTUALITY - Vláda v Pekingu pozastavila plány na stavbu řady nových uhelných elektráren. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Matouš Lázňovský,
Martin Kročil, Jana Veselá

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: