GDPR Cookie Consent by Free Privacy Policy

Energija i njezino skladištenje: Može li znanost promijeniti odnos čovjeka prema energiji?

Energija i njezino skladištenje: Može li znanost promijeniti odnos čovjeka prema energiji?
ENERGETSKE DILEME
SEEbiz.eu - regionalni poslovni portal
Objavljeno: 19.10.2011 / 19:17
Autor: Damir Kušen, veleposlanik Hrvatske u Finskoj
KOLUMNA - Naš cjelokupni odnos prema električnoj energiji sve više se  mijenja okretanjem prema alternativnim izvorima, osobito razvojem novih tehnologija koje ujedno omogućuju našu aktivniju ulogu u samoj proizvodnji energije potrebne za vlastito domaćinstvo. No ključna energetska enigma i tehnološki izazov koji bi nas značajno pribiližio aktivnijoj ulozi u upravljanju energijom koju svakodnevno koristimo i dalje ostaje (ne)mogućnost njezinog uspješnog skladištenja.
Današnja civilizacija izgrađena je na konceptu velikih odvojenih energetskih postrojenja koja proizvode iznimno velike količine električne energije i zatim je transformiraju i distribuiraju sustavom delekovoda do udaljenih gradova i naselja. Dugi niz godina velika energetska postrojenja i centrale predstavljale su izvore, ali i simbole gospodarske moći neke države. No, istovremeno sa izgradnjom sve većih energetskih postrojenja, koncept proizvodnje energije sve više se udaljavao od običnog čovjeka i postajao isuviše apstraktan da bi u tom cjelokupnom procesu on vidio i neku svoju aktivniju ulogu.

Kada su nekada naši preci pitanje potrošnje energije promatrali kroz prizmu vlastitog rada i truda uloženog u sječu drva i pripremu drvnog ogrjeva za zimu, sigurno se nisu olako razbacivali potrošenom energijom. Kada je naš odnos prema energiji zahvaljujući novim tehnološkim inovacijama tog vremena preusmjeren na jednostavan pritisak prekidača na zidu našeg stana, izgubio se neposredni odnos čovjeka i energije. Račun na kraju mjeseca sigurno utječe u određenoj mjeri na racionalniji odnos prema obiteljskoj potrošnji energije, no percepcija neposredne povezanosti čovjeka i energije te uloženog truda za njezino stvaranje se izgubila.

Upravo bi razvoj tehnologije novih materijala i njihova primjena u proizvodnji i skladištenju energije mogli omogućiti da svatko postane proizvođač određene količine energije koju koristi u svom kućanstvu i svojoj svakodnevnici, a to bi sigurno u određenoj mjeri moglo povratiti realniji odnos čovjeka prema energiji. Sve veći interes za alternativne izvore energije te sve povoljnija računica koja opravdava instalaciju takvih sustava u naša domaćinstva ukazuje na takav trend.

Sunce koje u samo jednoj minuti Zemlji podari energiju dovoljnu za čak 150 minuta sveukupne energetske potrošnje, a da pri tome ne postoji jednostavna i dostupna tehnološka mogućnost uspješnog akumuliranja te energije uistinu frustrira i običnog čovjeka, ali i današnju znanost. Problem adekvatnog tehnološkog skladištenja energije i reguliranje dinamike njezinog kasnijeg korištenja ostaje i dalje veliki znanstveni i tehnološki izazov koji koči proces pribiližavanja koncepta energije običnom čovjeku. Zanimljivo je stoga ukratko se osvrnuti na neke nove trendove u tehnologiji materijala koji pokušavaju naći odgovore na ta pitanja.

Klasične baterije koje danas dominiraju u korištenju elektronskih i električnih uređaja i naprava konceptualno se nisu značajnije pronijenile još od 1799. godine kada je talijanski fizičar Volta izumio tehnički relativno jednostavan uređaj za pohranjivanje energije povezivanjem polarnih elektroda posredstvom elektrolitskog medija. Od tada, jednostavna elektrokemijska reakcija kojom se stvara električna energija postala je temelj razvoja gotovo svih novih generacija baterija i akumulatora. Naravno da su godinama pronalaženi sve kvalitetniji materijali i mediji te pogodnije kemijske supstance sa znatno boljim energetskim potencijalom te duljim zadržavanjem kapaciteta, no princip njihove izrade i funkcioniranja je u osnovi ostao isti.

Cijena energije koju dobivamo iz baterija pri tome je uvijek bila i ostala izuzetno visoka. Zanimljivo je usporediti cijenu koju plaćamo za korištenje baterija u odnosu na onu koju plaćamo za dostavu izmjenične električne energije.  Tako je, prema jednoj analizi Američke zaklade za štednju energije, cijena jednog kWh iz alkalijske jednokratne AAA baterije čak 890 USD. Sekundarne baterije koje možemo opetovano puniti, naravno tu cijenu radikalno smanjuju na oko 8-20 USD po kWh, ovisno o snazi te sastavu elektroda i elektrolita. No, njihova nabavna cijena naravno znatno je veća. Usporedimo li cijenu energije baterije sa cijenom koju američki građani plaćaju za dostavu električne energije u njihova domaćinstva, a koja iznosi oko 0,1 USD po kWh, jasno je koliko je postojeća tehnologija izrade baterija i dalje iznimno skupa.

Problem klasičnih akumulatora je višestruk i danas oni predstavljaju uistinu arhaični koncept akumulacije energije koji koči cjelokupni daljnji tehnološki razvoj. Akumulatori i baterije pohranjuju nedovoljnu količnu energije potrebnu da dulji rad nekog uređaja, gube energiju i u pasivnom statusu, iznimno su skupi izvori energije, prevelikog su formata i onemogućuju daljnje smanjivanje dimenzija samih uređaja.  Po prestanku rada i svog životnog vijeka predstavljaju pak priličan ekološki problem. Zato su danas klasične baterije i akumulatori postali ključna prepreka razvoja novih generacija elektroničkih mobilnih uređaja.

Razvoj novih tehnologija materijala i daljnje smanjivanje skale na kojoj se materijom uspješno manipulira omogućili su nove procesne mogućnosti obrade materijala na molekularnoj razini i otvorili prostor uistinu revolucionarnih promjena u području smanjivanja potrošnje, ali i boljeg akumuliranja energije. Brojni istraživački centri usmjereni su sve više upravo na razvoj novih tehnoloških rješenja i inovacija koje bi omogućile nove metode jeftine, trajne i učinkovite pohrane energije.

Koliko je pitanje energije ključno u razvoju društva pokazuju i podaci da je Europska unija unutar Sedmog okvirnog programa za poticanje razvoja i istraživanja predvidjela za ovu godinu oko 258 mijuna eura za područje energetike, te čak 436 miljuna za istraživanja u području novih materijala. Američka administracija u proračunu za 2012. godinu predvidjela je dvostruko veći iznos za istraživanje i razvoj novih tehnologija u energetici, pri ćemu je do sada investirano preko 2 milijarde USD upravo u tehničko usavršavanje baterija i akumulatora.

Nordijski centar izvrsnosti pokrenuo je ambiciozni istraživački projekt procjene mogućih novih metoda i materijala za efikasnije pohranjivanja vodika kao iznimno pogodnog energetskog medija. Manipuliranjem materije na atomskoj ili molekularnoj razini danas je moguće mijenjati i kreirati neka njezina poželjna svojstva, što otvara veliki kreativni potencijal i u istraživanju mogućih medija za energetsko korištenje vodika.

Znanstvenici s uglednog londonskog Empirial Collegea  predstavili su nedavno svoj novi prototip «energetskog sendviča» načinjenog od dva sloja ugljikovih vlakana između kojih je sloj posebnih staklenih vlakana. Obzirom da se radi o iznimno tankim slojevima, takva bi baterija izgledala kao mali tanki listić plastificiranog papira, fleksibilnog oblika te vrlo savitljiva. Naravno da bi takva baterija dopustila daljnje smanjivanje svih elektroničkih uređaja, ali i izradu iznimno tankih i savitljivih ekrana. Mobiteli i digitalni aparati bi tako mogli biti veličine kreditne kartice, televizore bismo mogli saviti kao list papira i prenositi ih gdje god želimo, a elektro-automobili bi u svojoj konstrukciji karoserije imali takve ”energetske listove” koji bi velim kapacitetom omogućili vozilima znatno veću mobilnost.  Upravo takav projekt financira Volvo, a voditelj projekta Dr Emile Greenhalgh vjeruje da će Volvo kroz desetak godina komercijalizirati patent primjenom «energetskih sendvića» u velike metalne površine automobila.

Znanstvenici američke tvrtke ZENN Motor Co. rade na projektu primjene električnih ultra-akumulatora koji bi koristili barij i titan i praktički trenutnim energetskim punjenjenjem omogućili elektromobilu mobilnost od preko 500 milja. Danas je ključno ograničenje daljnjeg razvoja električnih automobila upravo problem pohrane dovoljne količne energije za potrebnu kilometražu.  Nakon prvih obećavajućih  eksperimentalnih rezultata, investiranju u taj projekt priključio se i Lockheed-Martin. Oksfordski tim uspio je pak razviti prototip mikroakumulatora na bazi gorivih članaka i organskih kiselina otvorivši nove perspektive u budućoj komercijalizaciji elektromobila i mobilnih uređaja.

Profesor Daniel Nocera sa američkog MIT-a nedavno je predstavio rezultate desetodogišnjeg istraživanja mogućnosti korištenja sunčeve energije i njezine akumulacije u malim kućnim energetskim stanicama.  Koncept pametnih kuća koje proizvode dovoljno energije za vlastite obiteljske potrebe dobio je tako novu tehnološku novinu u sustavu pohrane energije.  Tvrtka Ceramatek uspjela je tehnologijom novih materijala u području elektrolita, gorivih članaka i keramičkih membrana proizvesti mikrocentralu veličine kuhinjskog hladnjaka koja proizvodi 20-40 kilovat-sati energije, te je uspješno i jeftino  akumulira. Budući da prosječne kuće u SAD-u dnevno troše oko 20-30tak kW, takav bi im sustav omogućio potpunu nazavisnost od vanjskih izvora energije, ali naravno i značajnu uštedu kućnog budžeta.

Izumi u području akumuliranja energije imat će primjenu u praktički svim ostalim područjima ljudskih aktivnosti. Finski VTT i Aalto sveučilište sve više pažnje posvećuju istraživanju energetskih karakteristika drvnih vlakana na molekularnoj razini. Procjene su da će suvremena tekstilna industrija profitirati primjenom tankih nano-listova ugljikovih i staklenih vlakana koji će se moći impregnirati u tekstil omogućivši da se toplinska energija tijela pohrani u njima, te kasnije koristi ili u situacijama promjeme temperature okolinskog zraka ili mikroklime. Naravno da bi se tom tehnologijom digitalne knjige mogle svoditi na list savitljivog papira, a inteligentno tiskanje na tankim filmskim folijama omogućilo bi kombiniranje senzora, skladišnih akumulatorskih ćelija i aktivnih grijačih jedinica. Finska tvrtka Enfucell koja je još prije desetak godina na tržište izbacila male tanke plastificirane baterije veličine kreditne kartice, a koje mogu raditi i na -25 stupnjeva Celzija, nedavno je upravo predstavila i novu generaciju fleksibilnih mekanih baterija isprintanih na filmsku foliju.

Prilično je izvjesno da će nove tehnološke inovacije u području proizvodnje i akumuliranja energije omogućiti daljnji napredak brojnih elektronskih mobilnih ureađaja, smanjiti ukupnu potrošnju energije, a kemijske procese prepustiti čišćoj i ekološki prihvatljivijoj tehnologiji. Upravo bi nove tehnologije proizvodnje i pohrane energije mogle inicirati i nove globalne trendove u razvoju inovativnog društva. Za pretpostaviti je da će ti trendovi pribiližiti i pitanje energije običnom čovjeku.

Zato bi upravo buduće tehnološke inovacije u području novih materijala, proizvodnje i pohrane energije mogle omogućiti svakome da u određenoj mjeri sudjeluje u proizovodnji i pohrani energije, te samim time i njezinom racionalnijem korištenju. Ta poveznica koja je godinama, na žalost u određenoj mjeri bila isuviše apstraktna, mogla bi uistinu dovesti do promjene cjelokupne paradigme odnosa čovjeka i energije. Kada netko postane aktivni sudionik nekog procesa u pravilu će ga bolje i razumjeti, a energiju neće shvaćati kao simbol moći, već prije kao simbol mudrog života.

Cjelokupna ljudska povijest vezana je neposredno kroz odnos čovjeka prema energiji i pokušaje patentiranja što učinkovitijih metoda stvaranja, prijenosa, pohrane i korištenja energije. Pomalo ironično je primjetiti kako je, nakon brojnih tisućljeća razvoja ljudske vrste, najučinkovitiji sustav pohrane nepotebno velike količine energije u stvari i dalje ljudski organizam, koji s oko 3,500 kalorija dnevno, a što odgovara energiji od 4,000 wata u 24-satnom ciklusu može jednostavno propješaćiti oko 40 km. Problem je, međutim, što ljudski organizam prečesto služi kao akumulator prevelike količine nepotrebne energije. Ali, tu znanost ima potpuno drugu zadaću.







Tagovi: energija, skladištenje energije, Nordijski centar izvrsnosti, baterije, Daniel Nocera, Volvo, ZENN Motor, Empirial College
PROČITAJ I OVO
Goldman Sachs će ponovo trgovati kriptovalutama
POTEZI
Goldman Sachs će ponovo trgovati kriptovalutama
NEW YORK - Goldman Sachs će uskoro ponovo uspostaviti trgovinski sustav namijenjen kriptovalutama.
Azijski indeksi oštro pali
TRŽIŠTE KAPITALA
Azijski indeksi oštro pali
ŠANGAJ - Na azijskim su burzama u četvrtak cijene dionica oštro pale jer je rast prinosa na američke državne obveznice ponovno izazvao strahovanja od jačanja inflacije i zaoštravanja monetarne politike prije nego što se očekivalo.
Wall Street: Velika rasprodaja u tehnološkom sektoru
PAD
Wall Street: Velika rasprodaja u tehnološkom sektoru
NEW YORK - Na Wall Streetu su burzovni indeksi pali i u srijedu, drugi dan zaredom, a pod najvećim je pritiskom ponovno bio tehnološki sektor jer se ulagači povlače iz tog sektora i preusmjeravaju u druge.
Argo Blockchain svog će izvršnog direktora plaćati u bitcoinu
INOVATIVNO
Argo Blockchain svog će izvršnog direktora plaćati u bitcoinu
LONDON - Britanska tvrtka za rudarenje kriptovaluta Argo Blockchain svog će izvršnog direktora plaćati u bitcoinu.
Beogradska berza: U fokusu Komercijalna banka, indeksi pali
CLOSING BELL BSE
Beogradska berza: U fokusu Komercijalna banka, indeksi pali
BEOGRAD – Ukupan promet na Beogradskoj berzi iznosio je danas 18,4 miliona dinara (156,4 hiljade evra), dok su indeksi zabeležili negativne rezultate.
@ 2020 SEEbiz. All Rights Reserved.
CLOSE