Proč obnovitelné energie

Slunce a jeho energie

Energie v našich službách

Spalování fosilních paliv jsou chemické reakce, které mají velmi malou účinnost. Zásoby fosilních paliv na naší „kosmické lodi nazývané planeta Země“ jsou omezené a vystačí do poloviny tohoto století… Jejich zdražování postihuje všechny bez rozdílu. Nejen všechny v naší zemi, ale všechny pozemšťany vůbec. Ke všemu ještě znečišťují životní prostředí a ohrožují život Země. Bohužel, je to pro nás dnes zaběhaný a nejdůležitější způsob jak získávat energii. Je to také nejhloupější způsob jak získávat energii. Méně účinný a hloupější způsob získávání energie bychom nenašli v celém vesmíru.

Proto se hledají náhradní zdroje energie, které budou účinné, trvalé a ekologicky čistější. Odborníci se shodují v tom, že sluneční energie a reakce atomových jader budou stále více nahrazovat fosilní paliva. Podívejme se, jaká energie bude sloužit našim potomkům.

Celosvětová spotřeba energie je dnes asi 13 TW. Slunce dává zadarmo Zemi neustále 180 000 TW čisté, nevyčerpatelné a nejkvalitnější energie. Dává spravedlivě hojnost energie všem lidem bez rozdílu a všemu živému na planetě Zemi vůbec. Bez něho by byla Země mrtvou planetou bloudící bez cíle černým mrazivým vesmírem. Slunce je přirozeným dokonalým naprosto bezpečným termonukleárním zdrojem. Je tam. Je tam už 5 miliard roků a nemusíme ho budovat za mnoho miliard korun. Sousedi se kvůli němu nebudou nikdy škorpit a vyvolávat války. Je to jaderný rektor, do něhož není potřeba v tajnosti a k nevoli mnohých dovážet každý rok drahé jaderné palivo. Jaderného paliva má Slunce ještě na sedm miliard roků. Ani nejsou problémy s vyhořelým jaderným palivem. Odpadu Slunce se nikdo nebojí – vědí o něm jen astronomové: je to neškodné helium v samotném středu Slunce.

Přemýšlivý člověk nepochybuje o tom, že základním zdrojem energie v budoucnosti bude Slunce. Kdy to bude? Pracuje na tom mnoho nadšenců i u nás. Najdou se však jedinci, kteří jsou proti využívání sluneční energie. Je to projevem bezohlednosti k životnímu prostředí i k osudu budoucích generací… Na ně se vztahuje Einsteinův výrok o nekonečnu:

Znám dvě nekonečna – lidskou hloupost a Vesmír. Ale u toho Vesmíru si nejsem jist.

Životní úroveň člověka je přímo úměrná spotřebě energie. Průměrná spotřeba připadající na jednoho pozemšťana je přibližně 2 kW. To je zhruba 20 krát víc, než potřebuje lidský organismus ve formě potravy. Ve vyspělých zemích dosahuje průměrná spotřeba až deset kW na obyvatele (i více). V některých rozvojových zemích je naopak až stokrát nižší než průměr – tj. kolem 100 wattů na obyvatele. Je přirozené, že miliardy obyvatel těchto zaostalých zemí také chtějí žít lépe – což znamená podstatné zvýšení spotřeby energie. S růstem počtu pozemšťanů a se vzrůstem jejich životní úrovně porostou přirozeně i požadavky na energii. Odkud ji však brát?

Pro spotřebiče v domácnosti, průmyslu, dopravě a v zemědělství se dnes energie čerpá především z fosilních paliv (uhlí, ropa a zemní plyn) a v menší míře štěpením uranu jakož i ze zdrojů alternativní energie. Fosilní paliva jsou zdroje vyčerpatelné, ekologicky nečisté a drahé. Proto se věnuje značné úsilí přechodu od fosilních paliv k alternativní energii. Ta je trojího druhu:

1. Zděděná energie – nejstarší energie na Zemi, neboť ji Země podědila při svém vzniku z mateřské mlhoviny před 41 miliardami roků. Zděděná energie má tři formy:
a/ energie otáčení Země, už dnes přeměňovaná v elektřinu ve slapových elektrárnách.
b/ deuterium aneb těžký vodík – palivo pro budoucí jaderné elektrárny, v nichž bude probíhat fúze atomových jader těžkého a velmi těžkého vodíku.
c/ teplo uvnitř Země, které vzniká rozpadem radioaktivních prvků. Pohání generátory v geotermálních elektrárnách na mnoha místech Země.

2. Přeměněná sluneční energie – přesněji řečeno: přeměněná současná sluneční energie, neboť fosilní paliva jsou také přeměněná sluneční energie, ale z dávné minulosti. Po dopadu na naši planetu se sluneční záření mění a uchovává jako:
a/ teplo povrchu Země, které využívají tepelná čerpadla.
b/ teplo tropických oceánů – využívané velkými tepelnými motory, např. OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion – přeměna tepla oceánů). Tyto moderní oceánské elektrárny využívají rozdíl teplot mezi povrchem oceánu (kolem 28 °C) a chladnou vodou v hloubkách zhruba 300 metrů (kolem 5 °C).
c/ energie větru se využívá k přeměně v elektrickou energii ve větrných elektrárnách.
d/ energie řek a potoků, která pohání turbiny velkých i malých vodní elektráren.
e/ energie mořských vln přeměňovaná v elektrickou energii v příbojových a vlnových elektrárnách
f/ energie v biomase, což je sluneční energie uložená do biosféry.
Biomasa se využívá jako zdroj tepla a elektřiny. Za tím účelem se pěstují vybrané rychle rostoucí rostliny a na některých místech se zakládají speciální plantáže rychle rostoucích dřevin, nejčastěji vrb a topolů.

3. Přímá sluneční energie (což je dopadající sluneční záření) je naprosto čistá, nevyčerpatelná (neboť stačí na 7 mld. roků). Dostáváme ji od Slunce zadarmo, a to v množství asi deset tisíc krát větším (180 000 TW) než lidstvo bude kdy potřebovat. Jak ji využít?

Jak zapřáhnout Sluníčko?

Na mnoha místech ve světě existují zařízení na přeměnu dopadajícího slunečního záření v teplo (např. ohřev vody nebo sluneční domy), v chemickou energii (např. rozklad vody na vodík a kyslík), v elektřinu (např. sluneční články) nebo mechanickou energii či práci (např. sluneční pumpy, sluneční automobily, sluneční letadla). Ze slunečního záření lze tedy získat všechny potřebné druhy energie, tj.:

Teplo Sluneční záření se mění v teplo procesem nazývaným absorpce záření. V přírodě probíhá absorpce jednak na povrchu Země (asi polovina dopadající energie), jednak v atmosféře (asi pětina dopadající energie). Pro naši potřebu získáváme sluneční teplo v různých zařízeních: ve sklenících, slunečních kolektorech, slunečních pecích, slunečních sučičkách, slunečních domech, slunečních vařičích, destilátorech atd.

Nejčastějším zařízením na využití sluneční energie je sluneční kolektor

Vyhřívání vody v bazénu pomocí slunečních kolektorů na střeše

Přeměna sluneční energie v chemickou energii probíhá v přírodě ve velkém měřítku jako fotosyntéza.

Zelené rostliny na pevnině a fytoplankton v mořích vytvářejí z oxidu uhličitého a z vody složité organické molekuly, do nichž je vložena sluneční energie. Fotosyntéza je zázračný proces probíhající v chloroplastech (zelené organely v rostlinné buňce). Opačný proces – uvolňování energie (rozklad na vodu a oxid uhličitý) probíhá v mitochondriích (červeně) nebo při hoření (okysličování).

Pomocí slunečního záření lze získat látky bohaté na energii. Takovým uměle vytvořeným látkám se říká chemická paliva, na rozdíl od fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn). Vhodnými surovinami pro přípravu chemických paliv jsou voda, písek, kyslík, dusík a oxid uhličitý ze vzduchu. Tyto suroviny se dají „naplnit“ sluneční energií čili přeměnit v látky nové, bohaté na chemickou energii. Jsou to např. metanol, vodík, hydrazin aj. Zejména vodík je výborným chemickým palivem.

Přeměna zářivé energie v elektrický proud probíhá ve fotovoltaickém neboli slunečním článku. Nejužívanější je sluneční článek z křemíku. Je to tenká (méně než 1 mm) destička z krystalu křemíku. Sluneční články se spojují a tvoří sluneční panel. Na slunečním panelu o ploše 1 m2 se v letní poledne získá 150 wattů stejnosměrného proudu. Fotovoltaických elektráren o výkonech kilowattů až megawattů jsou už po světě miliony.

Sluneční článek přeměňuje dopadající sluneční záření na elektrický proud.

Mechanickou energii pro pohon strojů lze získat ze slunečního záření několika způsoby: přes teplo (sluneční pumpy na Sahaře a jinde), přes chemickou energii (etylalkohol, bioplyn, vodík) nebo přes elektřinu (např. sluneční automobily a sluneční letadla). V přírodě se mění v rozsáhlém měřítku sluneční záření v pohybovou energii větru a toku řek automaticky – přes teplo.

Nepřímá přeměna slunečního záření na kinetickou energii. Horní plocha závodního vozu je pokryta slunečními články.

Kolik u nás máme slunečního záření?

Na 1 m2 postavený kolmo k dopadajícím paprskům (nad zemskou atmosférou) dopadá 1,4 kW sluneční energie. To je sluneční konstanta. Na každý m2 na povrchu myšlené kulové plochy o poloměru 1,5 x 1011 metrů (což je vzdálenost Země od Slunce) dopadá sluneční konstanta. Mohl by čtenář laskavě sám vypočítat celkový výkon procházející myšlenou kulovou plochou? Výslednému výkonu se říká sluneční zářivost.
V našich podmínkách dopadá na jeden metr čtverečný vodorovně položený za jeden rok něco přes tisíc kilowatthodin slunečního záření. Například v Praze je to celkem 1 060 kWh za rok. Na Pradědu je celkového záření na 1 m2 za rok 1 240 kWh. Není to mnoho. Spočteme-li však plochu osvětlených střech a stěn rodinných domků, dostaneme sta-tisíce kilowatthodin za rok. Tedy energii v hodnotě statisíců korun, kterou zatím necháváme bezmyšlenkovitě unikat jako teplo zpět do vesmíru a potřebné teplo si pak obstaráváme za těžký peníz jako uhlí, koks, naftu, plyn, abychom pak v zimě sousedům i sobě otravovali vzduch.

Není pochyby, že naši potomci budou energii čerpat z alternativních zdrojů – především ze slunečního záření. Jen tak zůstane Země čistým příjemným domovem nejen pro naše potomky, ale celou biosféru vůbec