Po celou dobu své existence bylo lidstvo zaneprázdněno hledáním obnovitelných zdrojů energie. Samozřejmě solární panely, vodní elektrárny, elektrárny využívající energii mořských přílivů a odlivů atp. – produkt vědeckého a technologického pokroku posledních několika století. To vůbec neznamená, že by se zvídavé hlavy vynálezců tisíce let před námi neobrátily k přírodním jevům, aby vytěžily a nevyužily kolosální energii, která je jim vlastní, a nedala je do služeb člověka. Pravda, motivace byla pokaždé jiná.
Co jsou obnovitelné přírodní zdroje energie? Energie slunce
Zdrojem takové energie jsou prvky, které se člověk naučil poměrně brzy dávat do svých služeb. Ty hlavní:
První starověký inženýr, který si uvědomil, že přívod vody do suchých oblastí polí může být prováděn nejen ručně člověkem samotným nebo pomocí svalové síly osla otáčejícího branou, ale také silou vody, která teče v řece , nebyl o nic méně geniální než vynálezce kola. Metoda je stejně šetrná k životnímu prostředí jako první dva, ale mnohem pohodlnější a produktivnější. A co je nejdůležitější, síla pohybující se vody byla mnohem stálejší a relativně předvídatelná.
Tvůrci prvních větrných mlýnů šli přibližně stejnou cestou. A celá existující více či méně velká flotila ve světě až do 19. století plula výhradně s využitím větrné energie jako hnací síly. Samozřejmě kromě extrémně neproduktivního, primitivního a nelidského vykořisťování otroků na galejích. Nutno podotknout, že vzduch od nepaměti sloužil člověku nejen ve formě větru. Historie vzniku a používání balónků sahá až do starověku. Důkazy o tom se nacházejí v různých částech planety – od Číny po Jižní Ameriku. Je pravda, že aby vzduch získal sílu schopnou zvednout slušnou zátěž nahoru, je třeba jej zahřát, tedy alespoň hořák. A to je zdroj energie úplně jiného typu, o kterém bude řeč níže.
Starověcí vynálezci obrátili svou pozornost k větru v zemích, kde valy stálé a silné větry, a k vodě – v pobřežních oblastech řek a jezer, což je logické. Na co by měli především obrátit svou pozornost obyvatelé horkých zemí se suchým klimatem, jejichž krajinu tvořily rozlehlé vyprahlé prostory a písečné pouště? Nedostatek vody v těchto regionech nelze považovat za dostupný a bezplatný zdroj energie. Vítr v poušti je větší potíže, než stojí za to. Jediné, co obyvatel pouště dostával v neomezeném množství, bylo slunce.
S využíváním slunce člověkem jsou věci nejsložitější. Pokud jde o starověkou historii, existuje více záhad a fantastických hypotéz než ověřených faktů. Několik z nich však stojí za zmínku. Samozřejmě, když přijde řeč na starověké civilizace, které uctívaly slunce a snažily se jeho energii využívat k praktickým účelům, první věc, která vás napadne, je Starověký Egypt. Tato civilizace byla navíc prozkoumána mnohem lépe než ostatní dnes.
Předpokládá se, že speciální formy skla, průhledných minerálů a zrcadel, které lámou sluneční světlo, používali Egypťané před několika tisíci lety nejen k osvětlení místností hluboko pod zemí, ale také k rozdělávání ohně. Existuje také fantastická hypotéza, která naznačuje, že egyptské pyramidy nejsou nic jiného než obří solární panely nebo dokonce celé elektrárny, které fungovaly na solární energii pomocí technologií, které byly dávno ztraceny. A to obecně není bez logiky. Pokud ve starověku mělo nějaký smysl vytvářet solární elektrárny, pak Egypt byl pro to ideálním místem.
V širokém slova smyslu je Slunce zdrojem téměř veškeré energie na naší planetě. Pokud Slunce, organické formy života a přírodní jevy zmizí, zůstane na mrtvé planetě stále alespoň jeden zdroj energie – jaderný. Prostě to nebude mít kdo používat.
Neobnovitelné zdroje energie a ekologické problémy spojené s jejich využíváním
Postupem času lidé při výběru zdroje tepla a světla stále více začali klást do popředí ekonomické hledisko – voda a vítr byly zdarma, a to bylo důležité. Nízká úroveň technického rozvoje až do vynálezu elektřiny však způsobila, že nebyly vhodné pro všechny účely a jejich účinnost byla poměrně nízká. Lidé se vždy obraceli k přírodě při hledání jiných zdrojů energie.
Mnohem dříve než pokusy o zkrocení vody a větru se lidstvo naučilo rozdělávat oheň. Byla to první vědecká a technologická revoluce v historii a stala se před mnoha tisíci lety. Oheň vyřešil mnoho problémů, kterým čelil starověký člověk – od ochrany domova a vaření až po vytápění místnosti, což bylo zvláště důležité v drsném klimatu vysokých severních a jižních šířek. Poměrně brzy se lidé naučili používat oheň jako zbraň.
Ale k vytvoření a udržení ohně bylo zapotřebí palivo. A palivo nebylo obnovitelným zdrojem jako vítr nebo voda. Již od počátku jeho používání se lidé potýkali s řadou problémů, které se postupem času nejen neřešily, ale narostly do katastrofálních rozměrů. Takových problémů je mnoho, ale globálních, které pravidelně vedou k energetickým krizím a hrozí zničením samotného lidstva, jsou jen dva:
- skutečná neobnovitelnost a v poslední době i vyčerpání samotných zdrojů;
- vážné ekologické problémy spojené s jejich používáním.
Dnes jsou hlavními druhy paliva:
- dřevo v té či oné formě a související hořlavé materiály;
- uhlí:
- olej;
- plyn
- jaderné palivo.
Téměř všechny jsou také zdrojem nekonečných ekologických problémů. Navíc je již zřejmé, že většina z nich byla po celé 20. století využívána tak razantně, že okamžik jejich úplného vyčerpání je otázkou času, a tak blízko, že se to ve většině případů dá spočítat. Pokud jde o relativně novou jadernou energetiku, jsou problémy spojené s nedostatečnou znalostí této oblasti a v důsledku toho s nemožností úplné kontroly procesů rozpadu atomového jádra tak velké, že přínosy jejího využití zatím sotva odůvodnit všechna rizika, která se objeví. Několik rozsáhlých katastrof způsobených člověkem spojených s jadernými elektrárnami (Fukušima, Černobyl) to potvrzuje.
Dalším velkým ekologickým problémem je znečištění životního prostředí. Začalo to prvním ohněm, který zapálil muž, který získal oheň ze stromu spáleného bleskem. Škody způsobené kouřem a ohřevem atmosféry v důsledku takové lidské činnosti po statisíce let zůstaly samozřejmě na pozadí silných přírodních katastrof, jako jsou sopečné erupce nebo lesní požáry, tak nepatrné, že by to nikoho ani nenapadlo. mluvit o škodách způsobených přírodě. Lidé proto vyhlásili první poplach související s intenzivním využíváním dřeva z dalších dvou důvodů:
- vyčerpání jeho zdrojů a potřeba najít alternativu;
- rozsáhlé ničení lesů, vedoucí nejen ke ztrátě paliva, ale také k systémové přírodní katastrofě – úhynu zvířat, vysychání vodních zdrojů a zvětrávání půd.
O něco později než dřevo se lidé naučili využívat nerosty ležící v útrobách země – uhlí, a poté ropu a plyn. Rozsah znečištění se výrazně zvýšil a lidé si toho konečně začali všímat. Navíc nejen využívání, ale i samotná těžba nových energetických zdrojů začala poškozovat životní prostředí a zdraví lidí pracujících v této oblasti. Zprvu nikoho nenapadlo, že tyto zdroje jednou dojdou. Poprvé udeřil hrom až ve 20. století, kdy se ukázalo, že zásoby uhlí, ropy a plynu budou také brzy nedostatkové. Globálním energetickým systémem začaly otřásat rozsáhlé energetické krize jedna za druhou, kdy nabídka na energetickém trhu začala výrazně zaostávat za poptávkou po nich.
Další neštěstí přišlo z nečekaného směru. Ukázalo se, že kromě znečištění životního prostředí způsobují produkty lidské činnosti také nevratné klimatické změny na celé planetě. A významnou roli v tom hrají emise z tepelných elektráren, využívání paliva v dopravě a zakouřené továrny. Není na zemi člověka, který by neslyšel o tzv. skleníkovém efektu a v souvislosti s ním hrozících katastrofách – globální oteplování, fatální zvýšení hladiny světových oceánů, povodně, ztráta zdrojů sladké vody. Pro zastavení procesu se dělá mnoho, ale vědci zatím nenašli adekvátní řešení tohoto problému.
Alternativní druhy energie. Solární panely a ekologická bezpečnost
Když lidé mluví o alternativních typech energie, mají obvykle na mysli jadernou energii. Mírový atom je největším úspěchem lidstva. Z hlediska bezpečnosti životního prostředí však není vše tak jednoduché. Výstavba jaderných elektráren dnes již není v žádné části světa něčím exotickým – staví se všude. A když k výstavbě a následnému provozu vysoce rizikových jaderných zařízení dochází jako obvykle, při dodržení všech opatření, taková zařízení způsobují řádově menší škody na životním prostředí než elektrárny a výrobní zařízení pracující na tradiční paliva. Potíž je v tom, že nehody, které jsou nevyhnutelné v jakékoli oblasti lidské činnosti, také nejsou ve svém ničivém rozsahu srovnatelné s nehodami v jiných podnicích. Mnozí věří, že bez ohledu na to, jaderná energie je budoucnost.
Kdo si to nemyslí, hledá alternativu. A zde se lidstvo opět obrací ke svým prvním experimentům při zkrocení přírodních živlů – větru, vody a slunečního světla. Voda se ve vodních elektrárnách používá v energetice již dlouhou dobu. Později se objevily elektrárny využívající energii mořských přílivů a odlivů. Větrné turbíny také mírně přispívají k zásobování energií v oblastech, kde převládají silné větry. Jejich nevýhodou je vysoká nepředvídatelnost tohoto zdroje.
Zajímavá je v tomto ohledu především solární baterie, jejíž provoz díky moderním technologiím dnes již ani nevyžaduje přímé sluneční záření. Solární baterie se rozšířily a používají se v různých domácích spotřebičích – lampách, hodinkách, kalkulačkách atd. Použití solárního osvětlení je vynikajícím řešením pro pouliční lampy ve městech a osvětlení letních chat.
Větší využití solárních panelů (např. pro kompletní energetické zásobování bytového domu) je stále poměrně nákladné a využívá se častěji pro experimentální účely, nicméně do budoucna je vznik ekonomičtějších variant solárních panelů nevyhnutelné, díky čemuž bude využití solárních panelů plnohodnotnou alternativou k využívání tradiční elektřiny. Navíc jsou již nepostradatelné v oblastech, kde není k dispozici připojení k elektrickému vedení. Netřeba zdůrazňovat, že využití takové přirozené energie pro naši planetu, jako je solární energie, by bylo ideálním řešením většiny problémů, kterým dnes energetický sektor čelí – jak ekologických, tak souvisejících s vyčerpáním zdrojů energie.
Jen za poslední desetiletí se solární energie proměnila z exotické záliby „zelených“ lidí v rychle rostoucí průmyslový sektor. V mnoha vyspělých zemích produkují solární elektrárny 10 až 50 % celkové energie. A do roku 2050 by polovina světa mohla přejít na obnovitelné zdroje. Bohužel jedním z důsledků tohoto růstu byla problematika škodlivých vlivů solárních panelů na životní prostředí, aktivně propagovaná uhlovodíkovou lobby. Podívejme se blíže na to, jak pravdivé je toto tvrzení.
Výrobní proces
Základem fotovoltaických panelů jsou polovodičové články. Asi 80 % z nich je založeno na křemíku, 15 % jsou prvky vzácných zemin a 5 % jsou jiné materiály.
Problém #1. Při výrobě křemíkových baterií se používají nejen základní, ale i pomocné chemické prvky. Například fluorid sodno-hlinitý, jehož výpary jsou toxické a mohou způsobit vážné poškození kůže, sliznic a centrálního nervového systému. Až 99,5 % karcinogenů při tovární výrobě zachytí čistící filtry, některé z nich se ale přesto dostávají do atmosféry. A to zůstává jedním z faktorů, že solární panely jsou škodlivé pro životní prostředí.
Problém #2. Pro výrobu fotovoltaických panelů vzácných zemin se používají ještě toxičtější materiály, zejména germanium, kadmium, telur, fosfor a některé další. Vznik této kategorie fotovoltaiky provázejí ještě přísnější požadavky na bezpečnost a ve fázi výroby prakticky nevznikají žádné nebezpečné emise do životního prostředí.
Problém #3. Škody na ovzduší, vodě a půdě při montáži solárních produktů jsou spojeny především s kvalitou technologických postupů. A zatímco americké, evropské nebo japonské továrny přísně dodržují bezpečnostní požadavky, v Číně je úroveň ochrany životního prostředí často velmi nedostatečná.
Podle odhadů některých ekologů (často spíše pochybných specialistů) je výroba fotovoltaických zařízení v průměru o 40–50 % toxičtější na jednotku energie než výroba uhlovodíků. To je však pouze první etapa celého cyklu existence energetických zdrojů, aniž by se bral v úvahu „čistý“ dlouhodobý provoz solárních elektráren.
Rychle se zlepšující baterie třetí generace na bázi organických látek, kvantových teček nebo perovskitů jsou navíc téměř zcela bezpečné. A za 10-15 let bude možné zapomenout na ekologická rizika nových solárních panelů.
Jsou solární panely nebezpečné pro životní prostředí?
Operační proces
Aby se solární elektrárna vyrovnala „uhlovodíkové stopě“ a celkové environmentální toxicitě tepelných elektráren, musí fungovat pouze 2-3 roky. Po zbývajících 20 a více let provozu nedojde k žádnému negativnímu dopadu solární elektrárny, což se o tradičních instalacích na klasické palivo říci nedá.
Naprostá bezpečnost provozu solárních elektráren je založena na konstrukčních vlastnostech fotovoltaických článků. Chemicky škodlivé prvky jsou v nich ve vázaném stavu a navrchu jsou spolehlivě chráněny silnou vrstvou skla a/nebo polymeru.
Mechanická a fyzikálně-chemická spolehlivost panelů je tak vysoká, že v některých zemích se místo tradičních střešních krytin začíná instalovat „solární střecha“.
Během provozu, včetně z hlediska životního prostředí, solární moduly:
- mají nulovou úroveň škodlivého dopadu na životní prostředí;
- nedělej hluk;
- sloužit až 25 let nebo více;
- využívat volný a nevyčerpatelný zdroj energie;
- nevyžadují žádné finanční náklady;
- umožňují nezáviset na kvalitě dodávek elektřiny z tradičních sítí a přispívají k důležité částečné decentralizaci distribuce elektřiny.
Poznámka: Jedinou újmu na životním prostředí během provozu nezpůsobují solární panely, ale zřídka používané velké věžové solární elektrárny. Jejich konstrukce vyžaduje soustředný systém zrcadel zaostřujících paprsky a vysokoenergetické paprsky někdy zabíjejí prolétající ptáky.
Proces recyklace
Nejzávažnějším problémem jsou problémy s likvidací, zejména panelů na bázi toxických prvků vzácných zemin. Jejich výkonné verze jsou však velmi drahé a používají se především v leteckém průmyslu. A levnější moduly na bázi teluridu kadmia vyrábí hlavně renomovaní američtí výrobci. Tyto společnosti jsou známé tím, že na vlastní náklady bezpečně recyklují staré solární panely ekologickým způsobem.
Další výhodou jsou moderní technologie, které umožňují opětovné použití více než 92 % polovodičových materiálů a 77 % skla ve výrobě. To nejen úměrně snižuje poškození životního prostředí, ale také snižuje náklady na výrobu dalších generací solárních panelů.
Závěr
Průmyslový sektor výroby fotovoltaických panelů a dalších zařízení nezbytných pro solární elektrárny je skutečně ekologicky nebezpečný. Škody na životním prostředí jakéhokoli výrobního odvětví by však měly být měřeny jako celek s přihlédnutím k celému cyklu jeho provozu.
S tímto přístupem je poškození životního prostředí solárními bateriemi výrazně nižší než u stanic pracujících na uhlovodíkové, a zejména jaderné palivo. A ve velmi blízké budoucnosti se solární energie stane nejen co nejbezpečnější, ale také mnohem levnější a dostupnější.
