„Scientific American” we współpracy z siecią ekspertów Światowego Forum Ekonomicznego przygotował listę 10 wschodzących technologii, które w 2017 roku pokazały, że mogą zmienić naszą rzeczywistość. Cztery z nich na różne sposoby wiążą się z energią i ekologią. Kompletna lista jest zresztą jasnym sygnałem, że uwagę skupiają na sobie innowacje w trzech dziedzinach życia: biotechnologii, badaniach nad sztuczną inteligencją i czystą energią. A bywa i tak, że prace nad tą ostatnią wykorzystują wiedzę na temat biologii. – Technologie musiały także oferować duże korzyści społecznościom i gospodarkom, i mieć siłę zmiany utartych sposobów postępowania – napisali Mariette DiChristina i Bernard S. Meyerson we wprowadzeniu do rankingu „destrukcyjnych rozwiązań, które są gotowe zmienić świat”. Destrukcyjnych, bo burzących zastany świat.
Oto te cztery, które wiążą się z produkcją energii.
Woda zrobiona ze słońca
Na pierwszym miejscu umieszczono technologie, które mają pozwolić na uzyskiwanie wody z powietrza z pomocą energii pochodzącej ze słońca lub w ogóle bez energii elektrycznej. Dostęp do czystej wody pitnej to jeden z największych problemów współczesnego świata. I ma być coraz gorzej. UNICEF przewiduje na przykład, że w 2040 roku dostępu do czystej wody nie będzie miało ponad 600 mln dzieci. Już dziś ich liczbę szacuje się na 160 milionów.
Opracowanie technologii, która mogłaby to zmienić, uważa się więc za jedno z najważniejszych wyzwań stojących przed naukowcami. Szansę dostrzega się w odzyskiwaniu wody z powietrza. Potrafimy to już bez większego trudu robić tam, gdzie wilgotność powietrza jest duża. Wciąż mamy jednak problemy w miejscach, gdzie jest jej niewiele, a to właśnie tam jest najbardziej potrzebna. A kiedy nawet udaje się to zrobić, proces potrzebuje dużej ilości energii.
To powoduje, że dziś jest stosowana bardzo rzadko. Co jednak, pytają naukowcy, gdyby nie trzeba było zużywać dużych ilości prądu lub udało się go zapewnić z odnawialnych źródeł? I próbują to zrobić. Jeden z wyróżnionych przez „Scientific American” projektów jest prowadzony przez Massachusetts Institute of Technology oraz kalifornijskie Berkeley. Próbuje się w nim wykorzystać szkielety metalo-organiczne i są już pierwsze sukcesy. Opracowano urządzenie, które korzystając jedynie z ciepła jest w stanie skroplić w ciągu doby 2,8 litra wody na każdy swój kilogram i robi to nawet przy bardzo niskiej wilgotności powietrza. Problem w tym, że wykorzystane szkielety metalo-organiczne (MOFs) są drogie. MIT i Berkeley starają się to teraz zmienić.
Drugi z wyróżnionych projektów uzyskiwania wody z powietrza działa nawet w warunkach pustynnych i wykorzystuje energię słoneczną. Cody Friesen, założyciel Zero Mass Water i naukowiec Arizona University, opracował urządzenie, które z pomocą jednego panelu słonecznego może „wyprodukować” od dwóch do pięciu litrów wody dziennie. Problem jest jednak taki, jak w wypadku zastosowania MOFs – jak na razie jest drogie. Jedno urządzenie kosztuje obecnie 3,7 tys. dolarów.
Paliwo ze sztucznego liścia
Na drugim miejscu umieszczono sztuczną fotosyntezę. Z tym wiążą się szczególnie ciekawe badania, bo od pewnego czasu wiele mówi się o tym, że najskuteczniejszą formę słonecznego panelu, stworzyła ewolucja roślin i jest nią liść. W związku z tym w wielu miejscach siły połączyli badacze zajmujący się energetyką i biologią, którzy starają się skopiować wypracowany przez naturę mechanizm, do stworzenia super-efektywnych elektrowni słonecznych. A także opracowania metod pozwalających uzyskiwać w procesie sztucznej fotosyntezy paliwa, które można składować.
– Tak jak w wypadku prawdziwego liścia, taki system używałby tylko dwutlenku węgla, wody i światła słonecznego do produkcji paliw. Osiągnięcie tego mogłoby być rewolucyjne, pozwalałoby stworzyć zamknięte systemy, w których CO2 emitowane w czasie spalania byłoby przekształcane w paliwo zamiast dokładać się do gazów cieplarnianych w atmosferze – tłumaczy Javier Garcia Martinez na łamach „Scientific American”. Kilka zespołów naukowców odniosło już sukcesy.
Wśród nich pracownicy Uniwersytetu Harvarda, którym udało się stworzyć system pozwalający na to, by 180 gramów CO2 zamienić w kilowatogodzinę energii elektrycznej. Udało im się to zrobić dzięki połączeniu nieorganicznej technologii słonecznej z bakteriami, które produkują paliwo. Obecnie pracują nad zwiększeniem efektywności systemu i przekonują, że jest w zasadzie gotowy do zastosowania w większej skali. Zakładają też, że w przyszłości produkowanym paliwem będzie wodór. Co doskonale uzupełnia się z siódmą pozycją na liście przełomowych technologii. Czyli…
Dostępnymi dla mas samochodami o napędzie wodorowym
Donna J. Nelson pisze, że bezemisyjne samochody już niedługo zdominują nasze drogi. Przekonuje, że choć dziś stanowią zaledwie około 1 proc. wszystkich aut na drogach, to już wkrótce to się zmieni. Powodem ma być poprawa technologii, która przekłada się na większą trwałość oraz niższą cenę baterii. Nelson zwraca uwagę między innymi na to, że na Teslę 3, która jest zapowiadana na połowę roku i będzie kosztować 35 tys. dolarów, czeka już 400 tys. osób. Jednak chodzi nie tylko o klasyczne „elektryki” na baterie. Także o samochody z napędem wodorowym. Te są dziś bardzo drogie, ale – przekonuje Nelson – prowadzone obecnie badania mogą to bardzo szybko zmienić.
Cena wynika bowiem w dużej mierze z konieczności stosowania platyny jako katalizatora reakcji chemicznych. Ta jest niezwykle droga i zbyt rzadka, by można ją z ekonomicznym sensem stosować w masowej produkcji. Dlatego naukowcy skupiają się przede wszystkim na tym, jak ją zastąpić. Myślą o tańszym paladium. Myślą też o zupełnie innych, łatwiej dostępnych metalach.
Co z tego będzie, zobaczymy.
Zrównoważone wspólnoty mieszkaniowe
Ostatnia ze związanych z czystą energią technologii, które znalazły się na liście Scientific American, nie jest związana z opracowaniem nowego rozwiązania, ale z nowym sposobem wykorzystania już dostępnych. Chodzi o to, by połączyć różne zielone technologie i wykorzystać je w ramach niewielkiej wspólnoty. To ma obniżyć ich koszty, zwiększyć dostępność oraz korzyści. Wyróżniona próba jest prowadzona w ramach projektu EcoBlock w Oakland.
Ten jeszcze nie został rozpoczęty w świecie rzeczywistym, ale został już zaprojektowany i policzony w najmniejszych detalach przez naukowców z Berkeley. Wszystko wygląda obiecująco. Zamysł jest taki, by z sąsiadujących ze sobą 30-40 domów stworzyć strefę gospodarki współdzielonej, która będzie korzystać z jednej elektrowni słonecznej. Wyprodukowana w niej energia ma być „rozprowadzana” z pomocą inteligentnej mikro-sieci, która pozwala np. skoordynować pranie w różnych domach tak, by do maksimum wykorzystać to, że świeci słońce.
Sąsiedzi mają też wspólnie korzystać z kupionych przez wspólnotę samochodów elektrycznych. Wszystko ma ograniczyć zużycie energii o połowę i emisję CO2 do zera. W projekcie przewidziano także poprawę efektywności wykorzystania wody i wiele innych korzyści. Jest to jeden z podobnych projektów, które mogą zmienić to, jak remontuje się i buduje domy, a także planuje całe miasta.
W kraju, w którym od kilku lat toczy się debata o tym, czy warto rezygnować z mułu węglowego, którym ogrzewa się domy, wszystko to może brzmieć jak science-fiction. Rzecz jednak w tym, że nie jest nim. I wymaga podejścia podobnego do tego, którym zadziwiają świat Estończycy. – Wierzymy, że innowacje i tak się pojawiają. Jeżeli się na nie zamkniemy, to dojdzie do nich po prostu gdzie indziej – przekonywał niedawno wiceminister rozwoju tego kraju Viljar Lubi czytelników „New Yorkera”, gdy ten poświęcił wiele stron na opisanie „cyfrowej republiki Estonii”.
Można na zmianę czekać. Można też w niej uczestniczyć.
Można także grzęznąc w węglowym mule.
Fot. Jon Sullivan/Wikimedia Commons.
