Vėjo ir vandens bangų jėgainės gali paveikti Žemės energijos pusiausvyrą

Susidūrus su kaukiančiu viesulu ar patyrus audrą vandenyne sunku patikėti, kad žmonės galėtų sumažinti šiuos reiškinius sąlygojančias stulbinančias gamtos jėgas. Tai – provokuojantis vieno fiziko, atlikusio tam tikrus paskaičiavimus, teiginys.

Savo tyrimų išvadose jis pastebi, jog būtų klaidinga manyti, kad energijos šaltiniai, tokie kaip vėjas ir bangos, visiškai atsinaujina. Jei sukurtume tiek vėjo jėgainių, kad nebereikėtų naudoti iškastinio kuro, sako jis, galėtume nejuokais išeikvoti atmosferos energiją, o pasekmės būtų tokios pat baisios, kaip žiaurios klimato kaitos padariniai.

Vokietijos Jenos miesto Makso Planko Biogeochemijos instituto profesorius Axelis Kleidonas sako, kad stengdamiesi patenkini savo poreikius ir naudodami kuo didesnę iš vėjo ir bangų gaunamos energijos dalį, mes eikvojame reikšmingą iš Saulės gaunamą energiją. Tokiu būdu, priduria jis, mes išeikvosime žaliuosius energijos šaltinius. Jo logika remiasi termodinamikos dėsniais ir neišvengiamai byloja apie tai, kad tik dalelė Žemę pasiekiančios saulės energijos gali būti panaudota, siekiant generuoti naudingą energiją.

Kai mūsų atmosferą pasiekia Saulės energija, dalis jos valdo vėjo ir vandenyno srovių kryptis ir garina vandenį iš žemės, kuris kyla į orą. Didžioji likusios energijos dalis išsisklaido kaip šiluma, kurios mes negalime panaudoti. Šiuo metu žmonės sunaudoja tik apie vieną dalį iš 10 tūkst. visos energijos, kuri patenka į Žemę iš saulės. Tačiau, anot Kleidono, šis santykis yra klaidingas. Mums reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kiek naudingos energijos, termodinamikos terminijoje vadinamos „laisvąja energija“, galime gauti iš Žemes sistemos ir kokia būtų mūsų įtaka.

Šiuo metu žmonės naudoja apie 47 teravatus (TW) arba trilijonus vatų energijos, daugiausia degindami iškastinį kurą ir specialiai auginamus augalus. A. Kleidonas pateikia paskaičiavimus, kuriuos ketina paskelbti „Philosophical Transactions of the Royal Society“ leidinyje. Tai apytiksliai atitinka nuo 5 iki 10 procentų laisvosios energijos, gaunamos iš pasaulinės sistemos.

„Sunku pateikti tikslius minėtos proporcijos skaičius“, sako jis, „bet mes tikrai sunaudojame daugiau laisvosios energijos nei naudoja visi geologiniai procesai. „Kitaip tariant, mes darome didesnį poveikį Žemės energijos balansui nei visi žemės drebėjimai, ugnikalniai ir tektoninių plokščių judėjimai kartu sudėjus“.

Kaip radikaliai beskambėtų jo tezės, į jas žvelgiama rimtai. „A. Kleidonas yra naujosios mokslinių tyrimų bangos lyderis“, – sako Peteris Coxas, studijuojantis klimato sistemos dinamiką Jungtinės Karalystės Exeter universitete. „Žemės sistemos termodinamikos teorija gali padėti mums suprasti, kas trukdo žmonijai tvariai naudoti išteklius. „Iš tiesų, A. Kleidono apskaičiavimai turi didelės reikšmės bandymams transformuoti mūsų energijos tiekimą.

Apie 17 iš 47 teravatų mūsų naudojamos energijos gaunama deginant iškastinį kurą. Taigi, norint pakeisti šį rodiklį, mums reikėtų sukurti tiek tvarios energijos įrenginių, kad jie gamintų bent 17 TW energijos. Kadangi jokios technologijos negali būti tobulai veiksmingos, dalis vėjo ir bangų energijos generatorių naudojamos laisvos energijos bus prarasta šilumos pavidalu. Taigi, statydami vėjo ir bangų jėgaines, mes paverčiame dalį naudingos saulės energijos nepanaudojama šiluma.

„Didelio masto vėjo energijos naudojimas neišvengiamai paliks pėdsaką atmosferoje“, sako A. Kleidonas. „Kadangi kasmet vis daugiau naudojame laisvosios energijos, mes galime išeikvoti energijos rezervus“. Anot mokslininko, tikriausiai tai pirmiausia bus pastebėta pačiose vėjo jėgainėse, kai pelnas, kurio tikimasi iš masyvių įrenginių darbo, neatitiks lūkesčių, nes Žemės sistemos energija bus išeikvota.

Naudodamas atmosferos cirkuliacijos modelį, Kleidonas nustatė, kad energijos kiekis, kurį galime gauti iš vėjo yra sumažinamas 100 kartų, jei atkreiptume dėmesį į vėjo jėgainių laisvos energijos išeikvojimą. Teoriškai visame pasaulyje belieka įmanoma išgauti iki 70 TW, tačiau tai turėtų rimtų padarinių.

Nors vėjai neišnyks, toks didelis atmosferos energijos šaltinių naudojimas, remiantis Kleidono modeliu, pakeistų kritulių, turbulencijos ir Žemės paviršių pasiekiančios saulės radiacijos kiekius. Šių pokyčių mastas būtų panašus į klimato pokyčius, nulemtus dvigubai padidėjusios anglies dioksido koncentracijos atmosferoje.

„Tai intriguojantis ir galimai labai svarbus požiūris“, sako Jungtinės Karalystės Reading universiteto meteorologas Maartenas Ambaumas. „Žmonių energijos sąnaudos didelės, lyginant su laisvosios energijos gamyba Žemės sistemoje. Jei mes negalvosime apie laisvąją energiją, gamtinių energijos išteklių naudojimo galimybė mus gali šiek tiek suklaidinti“.

Tačiau tai nereiškia, kad atsinaujinanti energija baigsis. Laisvoji energija taip pat sukuriama ir fotosintezės metu, tačiau neišsiskiria nereikalinga šiluma. Apželdinus didesnius Žemės plotus, pavyzdžiui vykdant „dykumų apželdinimo“ projektus, būtų išsaugota daugiau laisvosios energijos.

Pasak A. Kleidono, pagrindinius principus turėtume apsvarstyti daug rimčiau, nei anksčiau. „Mums sunku įtikinti vėjo jėgainių inžinierius, kad galutinė riba nėra susijusi su variklių ar vėjo jėgainių efektyvumu, bet su tuo, kiek naudingos energijos gali sukurti gamta“. A. Kleidono nuomone, mintis, kad galime surinkti neriboto dydžio atsinaujinančius mūsų aplinkos energijos šaltinius tiek pat utopiška kaip ir amžinojo variklio teorija.

Ar saulės energija – geriausias sprendimas?

Saulės energijos pramonei, kuri būtų pakankamai didelė ir darytų realų poveikį, reikės pigių ir efektyvių saulės elementų. Deja, daugeliui iš efektyviausių šiuolaikinių plonasluoksnių saulės baterijų reikia retų elementų, tokių kaip indžio ir telūro, kurių atsargos pasauliniu mastu gali būti išeikvotos per dešimtmečius.

Kad fotoelektros technologijos būtų tvarios, jų pagrindą turėtų sudaryti pigesnės ir lengviau prieinamos medžiagos, tokios kaip cinkas ir varis, sako Indijos Naujojo Delio Technologijos instituto profesorius Kasturi Chopra.

Pernai IBM mokslininkai įrodė, jog saulės baterijos galėtų būti gaminamos iš minėtų elementų kartu dar naudojant alavą, sierą ir santykinai retą elementą – seleną. Šios kesterito baterijos yra daug efektyvesnės lyginant su kitomis pramonėje konkuruojančiomis baterijomis.

Tačiau nei jei tokie saulės elementai bus pagaminti ir veiks, jų naudojimas vis tiek prisidės prie visuotinio atšilimo. Taip yra, nes minėtos baterijos konvertuoja tik mažą jas pasiekiančios šviesos dalį, o likusią dalį sugeria, paversdamos ją į aplinką išsiskiriančia šiluma. Tvariai saulės energijos panaudojimo sistemai sukurti gali prireikti elementų, kurie atspindėtų nepanaudotą šviesą.