Šis straipsnis yra mokslo populiarinimo konkurso darbas, daugiau informacijos apie šį konkursą rasite čia.
Tad nuo ko reikėtų pradėti taisyti padėtį? Geros žinios, nes darbai jau pradėti ir vien per 2015 metus turėjome daug žadančių naujienų energetikos bei transporto srityse, kurias čia ir aptarsime.
Atsinaujinanti energija
Didžiausios problemos kyla iš augančio energijos poreikio ir nesugebėjimo jos pasigaminti švariais būdais.
Kanados šiaurėje, kur prasideda „purvinos energijos“ kelias, įrengiamos kasybos zonos. Tokiu būdu sunaudojami dideli energijos kiekiai vien išgauti naftą, nekalbant apie jos perdirbimą ir transportavimą. Taip pat negrįžtamai sunaikinama gamta, užteršiami gruntiniai vandenys ir sutrikdoma visa ekosistema. Neabejotinai turi būti geresnių alternatyvų, kaip susitvarkyti su didėjančiais energijos poreikiais.
Tad atsisukame į sparčiai populiarėjančią atsinaujinančią energiją. 2015-aisiais prekyboje esančių saulės kolektorių efektyvumas jau perkopė 22 proc. (tiek Saulės energijos pasiekiančios kolektorių paverčiama į elektrą), o jų kaina nuo 2009-ųjų krito net 70 proc. Kai kuriuose regionuose efektyvumu saulės jėgainės jau konkuruoja su anglies ir gamtinių dujų elektrinėmis.
Aišku, kalbant apie saulės energiją, vienos šalys yra dėkingesnėje geografinėje padėtyje nei kitos. Tokiu atveju šalys renkasi vėjo energiją. Pavyzdžiui, per vėjuotą sezoną Danija paskelbė per dieną pagaminanti visą jiems reikalingą energiją tik su vėjo jėgainėmis (ne piko valandomis pagaminta net iki 140 proc.). Danija kasmet ir toliau didina savo vėjo energijos pajėgumus (18 proc. padidėjimas kasmet).
Praeitais metais buvo pristatytos vėjo jėgainės be menčių, kurios panaudoja vėjo keliamus virpesius ir verčia juos į elektros energiją. Tokių jėgainių įrengimas ir priežiūra bus perpus pigesni nei dabartinių, dėl to kiekvieno megavato kaina turėtų sumažėti 40 proc. Jėgainės bus efektyvesnės, patrauklesnės ir struktūriškai tvirtesnės. Komercinė gamyba turėtų prasidėti 2019-aisiais.
Neužmiršta ir geoterminė energija. Problema su ja iki šiol buvo energijos transportavimas į paviršių. Bandydamas spręsti šią problemą Indijos milijardierius M.Bhargava praeitais metais investavo į grafeno pralaidumo tyrimus. Medžiaga pasižymi tvirtumu, yra stipresnė už plieną ir yra puiki šilumos laidininkė. Atliekami bandymai, kuriais siekiama išsiaiškinti medžiagos efektyvumą perduodant šilumą. Jei tyrimai atneš teigiamų rezultatų, grafenas galėtų būti naudojamas ne tik pasiimti šilumai iš žemės, bet ir jos transportavimui paviršiuje.
Bangų energija. Praeitais metais Australijos pakrantėje startavo pirmasis bangų energijos kolektorių junginys, kuris pagaminama energija aprūpina jau 2000 namų. Lyginant su panašiais projektais, šio pranašumas yra dizaine. Kolektoriai yra po vandeniu, kur jie apsaugoti nuo audrų ir netrukdomi gali veikti visą parą, užtikrindami stabilų ir nenutrūkstamą energijos generavimą.
Nesiliauja kalbos ir apie seną mokslininkų svajonę – branduolinės sintezės reaktorius, kurie dideliu energijos kiekiu aprūpintų saugiai ir švariai. Lėktuvų gamintojos „Lockheed Martin“ padalinys „Skunk Works“ nurodo, kad per artimiausius 10 metų jie pristatys veikiantį branduolinės sintezės reaktorių, kuris energija galėtų aprūpinti miestus, bet galėtų būti ir pakankamai kompaktiškas, kad tilptų ir į kosminius laivus ar kitas transporto priemones.
Taip pat jau paskelbta apie bandomąjį „tokamak“ tipo (dar sovietmečiu sugalvotas reaktoriaus tipas), 500 MW galingumo branduolinės sintezės reaktorių, kuris bus atidarytas jau 2018 m. Prancūzijoje. Jis turėtų pagaminti 10 kartų daugiau energijos nei reikalinga jo paties veikimui. Bandymai su didesnio galingumo reaktoriais prasidės ne anksčiau nei 2026 m.
Energijos talpinimas
Energijos gamyba yra tik dalis užduoties. Kita dalis yra jos laikymas. Pagrindinė problema norint atsijungti nuo energijos tinklų yra alternatyvios energijos nepastovumas. Kas, jei energijos mums reikia Saulei nusileidus ar nurimus vėjui?
Elektromobilių gamintojas „Tesla Motors“ praeitais metais virto į „Tesla Energy“ ir pasiūlė energijos talpinimo sprendimą privatiems namams – „Powerwall“ (7 kWh pajėgumas) bei industriniam naudojimui – „Powerpack“ (100 kWh pajėgumas). Baterijos kaups energiją iš atsinaujinančių šaltinių arba ne piko valandomis pasiims iš energijos tinklų.
Namų baterijų idėja nėra nauja, bet šių produktų skirtumas yra jų patrauklumas, lengvas įdiegimas ir naudojimas bei prieinama kaina. Kol kas sudėtingiausia bus jų sulaukti, nes užsakymų eilė jau persikėlė į 2017-uosius. Tačiau gamybos sparta išaugs kompanijai baigus statyti „Gigafactory“ – didžiausią pasaulyje ličio jonų baterijų gamyklą, kurią tikimasi užbaigti 2017 m.
Dėl gamyklos ir savo strategijos kompanija susilaukia ir kritikos, nes investuoja į 20 metų senumo ličio jonų technologijos baterijas. Pagrindinė kova vyksta tarp NCM (nikelio, kobalto ir mangano pagrindo baterija) ir „Teslos“ naudojamų NCA (nikelis, kobaltas ir aliuminis) tipo baterijų. Kompanija gina technologiją teigdama, kad toks pasirinkimas yra dėl ilgaamžiškumo. Baterijų su aliuminiu efektyvumui sumažėjus iki 70–80 proc., praradimai stabilizuojasi, kai NCM tipo baterijose esantis manganas ir toliau irsta. Taip bandoma prailginti produktų tarnavimo laiką, išskiriant juos iš kitos trumpalaikės elektronikos.
Transportas
Superautomobilių gamintojai ir net „Formulė 1“ su hibridiniais automobiliais pademonstravo, kad elektra nenusileidžia, o kai kuriais aspektais ir lenkia vidaus degimo variklius. „Porsche“ neseniai pristatė pilnai elektra varomo automobilio koncepciją „Mission E“. Bendrai, elektromobilių paklausa rinkoje jau yra, problema dabar lieka tokių automobilių kaina.
„Tesla Model S“ yra vienas žinomiausių elektromobilių, kuris varžosi su kitais savo klasės automobiliais. Visgi tai yra prabangių automobilių klasė, prieinama tik tiems, kas gali skirti apie 100 tūkst. JAV dolerių automobiliui. Tačiau kompanija žada ir pigesnio modelio „3“ išleidimą 2017 m., kurio kaina neturėtų viršyti 35 tūkst. JAV dolerių. Konkurentai irgi nesnaudžia – neseniai vykusioje CES parodoje „Chevrolet“ pristatė rimtą atsaką – 30 tūkst. JAV dolerių vertės „Chevy Bolt“ , kuris vienu įkrovimu nuvažiuos apie 320 km atstumą ir rinką pasieks 2017 m.
Siekiant numušti elektromobilių kainą, reikalinga gerokai didesnė konkurencija nei yra dabar. Tačiau ją stabdo neišplėtota infrastruktūra. Panašiai, kaip ir su vandeniliu varomais automobiliais, gamintojai nesiruošia pradėti masinės jų gamybos, kol nėra išplėtoto kuro papildymo stotelių tinklo. Nors elektromobiliai gali būti kraunami ir namuose, didelis rūpestis vis dar yra baimė, jog pusiaukelėje išseks baterija ir tada jau niekas negalės tau padėti.
Visgi situacija greit keičiasi, valstybės yra įsipareigojusios diegti įkrovimo stoteles ir bendrai su privačiu sektoriumi bei programomis kaip „Plug Sharing“ (privatūs asmenys nuomojantys įkrovimo įrangą) pasaulyje jau yra virš 60 tūkstančių viešai prieinamų elektromobilių įkrovimo stotelių. Lietuvoje tokių stotelių yra virš 20, įskaitant ir 4 greitojo krovimo stoteles (dvi kelyje Vilnius – Kaunas, Vilniuje ir Avižieniuose).
Prie elektromobilių įkrovimo problemos sprendimo prisideda ir patys gamintojai. Miestuose, kur galima įsigyti „Tesla“ elektromobilius, atsiranda kompanijos įrengti „Superchargers“ – viešo naudojimo greitojo įkrovimo stotelės. Tokiose stotelėse „Tesla“ automobilių baterijos per 40 min. gali būti įkrautos iki 80 proc. nemokamai (kitų gamintojų elektromobiliai taip pat gali būti kraunami, bet už papildomą mokestį).
Visuomenės nuomonė
Tai yra tik keli pavyzdžiai, kaip jau išsikovojusios vietą technologijos gali būti pakeistos ar patobulintos efektyvesnėmis. Paskutinis žingsnis yra parodyti, kad tokios inovacijos yra reikalingos, tik šįkart jau ne mokslininkams, bet vartotojams. Kaip kompanija „Tesla Energy“ pademonstravo, su visuomenės palaikymu naudinga technologija gali tapti populiari, o tai suteikia šansą ją tobulinti ir atrasti naujas rinkas jos panaudojimui. Ko dabar ir reikia, norint ateityje tokius išradimus ir jų rezultatus pamatyti gyvai.
