Technologie, które zatrzymają zmiany klimatyczne

Kraje uczestniczące w COP21 zadeklarowały wcześniej, że chcą ograniczyć emisje gazów cieplarnianych, zwiększyć udział odnawialnych źródeł energii albo powierzchni zalesionych, żeby zapobiec dalszemu globalnemu ociepleniu. Niestety, naukowcy z IPCC przeanalizowali 400 scenariuszy możliwego tempa zmian klimatu i wyniki nie są zbyt optymistyczne. Okazuje się, że aby nam się udało utrzymać wzrost temperatury Ziemi o 2ºC muszą zostać wynalezione nowe technologie. Jakie? Tego na razie nie wiadomo.

Co wiedzą naukowcy z IPCC?

W ostatnim, piątym już raporcie oceniającym (The Fifth Assessment Report) IPCC, czyli Międzyrządowego Panelu ds. zmian klimatu, w skład którego wchodzą naukowcy zajmujący się badaniami globalnego klimatu, brane są pod uwagę różne warianty związane z emisjami gazów cieplarnianych. Wnioski są takie, że jeśli nie będziemy nic robić w kierunku zmniejszania emisji (scenariusz business-as-usual – czerwona linia na poniższym wykresie), to do końca XXI wieku średnia temperatura na Ziemi wzrośnie o ok. 4ºC w stosunku do roku 2000. Nawet realizacja propozycji przedstawionych przez większość sygnatariuszy Konwencji Klimatycznej nie doprowadzi nas do głównego celu w postaci wzrostu tylko o 2ºC.

Źródło: IPCC 5th Assessment Report

Wykres zmian globalnej temperatury powierzchni Ziemi / Źródło: IPCC 5th Assessment Report

Co możemy zatem zrobić? Zastąpić stare elektrownie węglowe energetyką atomową (kontrowersyjne, lecz dość uzasadnione)? A może wszędzie, gdzie to możliwe na lądzie i morzu stawiać ogromne farmy wiatrowe? Pomysł do rozważenia. Pozostałe odnawialne źródła (energię słoneczną, biomasę, wodę) również zacząć wykorzystywać w 100% – oczywiście. Zastąpić samochody spalinowe autami elektrycznymi, takimi jak np. Tesla Model X też możemy. Możemy również wdrażać na szerszą skalę takie pomysły jak w Nowym Jorku. Ale te wszystkie działania i tak według naukowców IPCC nie wystarczą, bowiem rozpatrując różne warianty zakładali jednak, że w najbliższej przyszłości pojawią się zupełnie nowe nieznane technologie, które zastosowane na szeroką skalę utrzymają wzrost temperatury poniżej 2ºC. Jakie technologie mogą nas wyręczyć?

Technologie przyszłości

Pierwszego dnia 21. Konferencji klimatycznej Bill Gates ogłosił utworzenie Breakthrough Energy Coalition, której celem jest finansowanie firm w działaniach prowadzących do opracowania takich technologii, które mogłyby rozwiązać kryzys klimatyczny. Gates wraz z 28. miliarderami (łącznie z twórcą Facebooka Markiem Zuckerberg’iem) uważa, że obecne tempo badań oraz ich finansowanie jest niewspółmiernie do wyzwania jakie stoi przed światem. Jakie zatem technologie, które współtwórca Microsoftu wspiera funduszem o wysokości 2 miliardów dolarów, mogą nas uratować?

Sztuczna fotosynteza

Źródło: NSF Center for Chemical Innovation in Solar Fuels

Ilustracja reakcji rozpadu wody pod wpływem światła / Źródło: NSF Center for Chemical Innovation in Solar Fuels

Mówi się, że przemiana energii słonecznej w możliwe do składowania paliwo, to taki Święty Graal chemii XXI wieku. Badanie w tym zakresie prowadzi obecnie Center for Chemical Innovation in Solar Fuels (CCI Solar), w skład którego wchodzą naukowcy m.in. z takich uniwersytetów jak California Institute of Technology oraz słynnego MIT, czyli Massachusetts Institute of Technology. CCI Solar pracuje nad efektywną i ekonomiczną metodą pozyskiwania wodoru jako paliwa pochodzącego z reakcji rozpadu wody na cząsteczki wodoru i tlenu w obecności światła. Starają się zrozumieć fundamentalny dla tego typu reakcji proces absorpcji światła i eksperymentują z różnego rodzaju substancjami. Badają transport ładunków elektrycznych zachodzący podczas katalitycznej reakcji redoks (przypomnijcie sobie lekcje chemii w VIII klasie szkoły podstawowej), a przy tym odkrywają substancje działające jako optymalne katalizatory. Łączą ze sobą te wszystkie niezbędne komponenty i przeprowadzają kontrolowane reakcje, w nadziei, że uda im się opracować metodę, która w niedalekiej przyszłości pozwoli zastąpić paliwa kopalne czystym wodorem.

Płynna organiczna bateria

Możemy produkować odnawialną energię korzystając z turbin wiatrowych czy ogniw fotowoltaicznych, ale mamy problem z magazynowaniem tak wytworzonej energii. Wprawdzie Elon Musk, właściciel Tesla Motors, oferuje już designerskie i dość efektywne baterie litowo-jonowe o mocy 7 i 10 kWh o nazwie Powerwall, ale to nie rozwiązuje do końca problemu. Zespół Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences stworzył baterię nowego typu, która nie zawiera metali i jest oparta na powszechnie dostępnych, tanich i organicznych substancjach zwanych chinionami (ang. quinones).

Prototyp płynnej organicznej baterii / Źródło: Eliza Grinnell, SEAS Communications

Prototyp płynnej organicznej baterii / Źródło: Eliza Grinnell, SEAS Communications

Chiniony swą budową są bardzo zbliżone do występujących w roślinach i zwierzętach molekuł, które służą jako magazyny energii. Naukowcy jako pierwszych w swojej płynnej baterii użyli chinionów, które są prawie identyczne z tymi, które występują w…rabarbarze. W dużym uproszczeniu zasada działania takiej baterii opiera się na połączeniu ze sobą dwóch elementów. Pierwszym z nich jest elektrochemiczny konwerter poprzez który przepływająca ciecz składająca się określonego typu chinionów gromadzi maksymalną moc. Drugim elementem są zbiorniki magazynujące energię chemiczną. Ilość magazynowanej energii zależy tylko od pojemności zbiorników i dzięki takiej koncepcji koszty jednostkowe takiego magazynowania są niższe niż w tradycyjnych bateriach. Zespół Harvard’s SEAS twierdzi, że dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe będzie stworzenie baterii, która zmagazynuje energię wytworzoną na dzień lub nawet dwa. Możliwe, że już niedługo urządzenie wielkości małej lodówki będzie mogło zapewnić nam wytworzony przez farmy wiatrowe lub elektrownie słoneczne prąd przez całe popołudnie, wieczór aż do rana.

Fotowoltaika w sprayu

Perowskitowy moduł solarny / Źródło: Olga Malinkiewicz; Nature 513

Perowskitowy moduł solarny / Źródło: Olga Malinkiewicz; Nature 513

Wyobraźcie sobie, że dachy wszystkich budynków pokryte są ogniwami fotowoltaicznymi. Ale nie prostokątnymi panelami o ciemnogranatowym kolorze, jakie możecie obecnie oglądać na niektórych domach. A co powiecie na samochody, które sobie same wytwarzają prąd. Albo marzenie wielu z nas – telefony, których nie trzeba ładować. Realizacja tych wizji niekoniecznie musi być aż tak odległa. W kilku miejscach na świecie trwają obecnie intensywne badania nad materiałami, które pozwolą stworzyć farbę z wrażliwym na słońce barwnikiem. Taka innowacyjna farba będzie mogła wytworzyć energię eklektyczną. Brytyjski Uniwersytet w Sheffield, Uniwersytet Kalifornijski w San Diego oraz firma Lucelo Technologies właśnie taką substancję stworzyli. Ale oni nie są jedyni. Polska fizyczka, dr Olga Malinkiewicz, opracowała i opatentowała technologię z wykorzystaniem minerału o nazwie perowskit, który rozpuszczony w płynie można zastosować jako farbę fotowoltaiczną (nie wiem czy taka nazwa się przyjmie, ale dobrze oddaje ideę) albo wydrukować na cienkiej folii. Podobną technologią zajmuje się też firma Oxford PV, która celuje w zastosowanie swojego wynalazku w fotowoltaice zintegrowanej z budynkiem (ang. Building Integrated Photovoltaics) i chwali się, że ich materiał fotowoltaiczny osiągnął wydajność 20,1%, co jest o ok. 5 pp lepszą wartością od wydajności powszechnie stosowanych dziś ogniw PV.

Bill Gates to mądry facet. Nie przekazałby tak pokaźnej sumy na rozwój nierokujących technologii. Nie namówiłby również sporej grupy miliarderów do dorzucenia się do jego inicjatywy. Kto wie, może za kilkanaście lat Bill Gates będzie się kojarzył nie tylko z Windowsem i pakietem Office, ale również z technologiami, które uratowały nas przed katastrofą klimatyczną.

Źródła: The 5th Assessment Report IPCC, Euronews, Breakthrough Energy Coalition, SEAS Harvard, The University of Sheffield, The University of California (San Diego), Lucelo Technologies, Nature 513, Tesla Motors Powerwall

(Visited 26 times, 1 visits today)