ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ : 2/2 (Φωτοβολταϊκά-Γεωθερμία-Θάλασσα)

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Η επόμενη πηγή που μας έρχεται στο νου μετά τον αέρα, είναι το φως, και μάλιστα το ηλιακό. Αυτό κι αν είναι ανανεώσιμο! Και ευτυχώς η ανθρώπινη επινοητικότητα βρήκε από πολύ νωρίς τρόπους, εκμεταλλευόμενη φυσικούς νόμους, να κατασκευάσει ειδικές διατάξεις ώστε από το φως να παράγει ηλεκτρισμό. Για όσους έχουν ακόμα αμφιβολίες για το κατά πόσον η Κβαντομηχανική έχει σχέση με την πραγματικότητα ή είναι σκέτη μεταφυσική, σας πληροφορώ ότι το παραγόμενο κατ’ αυτόν τον τρόπο ηλεκτρικό ρεύμα, ανήκει αποκλειστικά στη δικαιοδοσία της ως άνω Κυρίας!

Ο μηχανισμός, εν γένει είναι απλός. Κάποιο φωτόνιο που διαθέτει την κατάλληλη συχνότητα, είναι δυνατόν να απορροφηθεί από κατάλληλο υλικό της κατηγορίας των ημιαγωγών, εκδιώκοντας την ίδια στιγμή ένα ολόκληρο ηλεκτρόνιο, το οποίο μπορούμε στη συνέχεια να εκμεταλλευτούμε. Τέτοιες πρώτες διατάξεις κατασκευάστηκαν από πυρίτιο στα περίφημα εργαστήρια Bell της Αμερικής ήδη από το 1954. Αν και το πυρίτιο είναι ένα κοινότατο και πολύ φτηνό υλικό, όλη η άμμος είναι πυρίτιο για παράδειγμα, το πρόβλημα ήταν η χαμηλή απόδοση, τής τάξης του 6% μόνο, γεγονός που έκανε την εμπορική του εκμετάλλευση ασύμφορη. Ο λόγος της πολύ μικρής αποδοτικότητας των ηλιακών κυψελών είναι ότι η ηλιακή ακτινοβολία καλύπτει ένα μεγάλο φάσμα συχνοτήτων, ενώ ένα ημιαγώγιμο υλικό μπορεί να απορροφήσει μόνο σε μια πολλή στενή περιοχή. Το υπόλοιπο φως παραμένει ανεκμετάλλευτο ή απορροφάται από το πλέγμα του υλικού, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία του, που εν γένει είναι ένας ανεπιθύμητος παράγοντας. Επομένως, το επόμενο βήμα ήταν να αναζητηθούν νέα υλικά, που να αυξάνουν την απόδοση σε μεγαλύτερα και συμφέροντα από άποψη κόστους, επίπεδα.

Τέτοια νέα υλικά βρέθηκαν όντως, δεν ήταν δα και τόσο δύσκολο, μιας και η φύση είναι ανεξάντλητη, όπως επίσης επινοήθηκαν και νέες διατάξεις με τελικό στόχο την εμπορική τους εκμετάλλευση.

Πριν προχωρήσω θα ήθελα να τονίσω ότι από άποψη φυσικών αρχών υπάρχουν δυο διαφορετικές τεχνολογίες που μπορούν να εκμεταλλευτούν το ηλιακό φως. Η μια είναι αυτή που προαναφέραμε, δηλαδή η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρισμό και η οποία επιτυγχάνεται με τα φωτοβολταϊκά, ενώ η άλλη βασίζεται στην θερμαντική ικανότητα του ήλιου και η οποία υλοποιείται με συστήματα αποτελούμενα από μεγάλους παραβολικούς καθρέφτες, (large scale concentrating solar power, CSP).

Τα κυριότερα προβλήματα με τα φωτοβολταϊκά είναι η απόδοση και το κόστος. Λογικά, όσο ανεβαίνει η απόδοση, τόσο ανεβαίνει και το κόστος. Μου κάνει εντύπωση, επίσης, από τον πίνακα που δημοσίευσα στην προηγούμενη ανάρτηση, η πολύ μικρή συνεισφορά τους στην συνολικά παραγόμενη ενέργεια από ΑΠΕ, η οποία είναι κατά πολύ μικρότερη από την αντίστοιχη της Γεωθερμίας. Πιθανόν να οφείλεται στα μειονεκτήματα που ανέφερα προηγουμένως.

Τα φωτοβολταϊκά από πυρίτιο, μπορεί να είναι φτηνά αλλά έχουν ένα θεωρητικό πάνω όριο αποδοτικότητας ίσο με 30%, το οποίο δεν μπορεί να ξεπεραστεί. Με κατάλληλο σχεδιασμό των φωτοβολταϊκών διατάξεων όμως, η συνολική αποδοτικότητα μπορεί να εκτιναχθεί στο 43%, αλλά προς το παρόν το όλο σχέδιο είναι προϊόν εργαστηρίου.

Η χρήση άλλων υλικών είναι δυνατόν να κατεβάσει το κόστος και να ανεβάσει την αποδοτικότητα. Τέτοια υλικά είναι οι κβαντικές τελείες (quantum dots), για τα οποία πιθανόν να έχετε ακούσει αρκετά σε άρθρα σχετικά με τις εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στην Ιατρική. Έχω σκοπό να κάνω σύντομα μια ανάρτηση για το θέμα. Οι κβαντικές τελείες είναι νανοκρύσταλλοι, δηλαδή μικρά κρυσταλλάκια μεγέθους κάτω των 100nm. (Για να δώσω μια αίσθηση μεγέθους, 1 nm ισοδυναμεί με 6 άτομα άνθρακα στη σειρά). Το χαρακτηριστικό τους, που υπόσχεται σημαντικές τεχνολογικές εφαρμογές είναι ότι μπορούν να απορροφούν σε διάφορα μήκη κύματος ανάλογα με το σχήμα που τους δίνεται και τον αριθμό των ατόμων από τα οποία αποτελούνται. Κατ’ αυτό τον τρόπο έχουν τη δυνατότητα να εκμεταλλεύονται όσο το δυνατόν μεγαλύτερο φάσμα συχνοτήτων του ηλιακού φωτός. Με κατάλληλο δε σχεδιασμό, και απαγωγή της πλεονάζουσας θερμότητας, η αποδοτικότητά τους μπορεί να φτάσει και το 75%.

Ρίχνοντας κανείς μια γρήγορη ματιά στα τελευταία επιστημονικά επιτεύγματα, μπορεί εύκολα να αντιληφθεί την ένταση της έρευνας προς αυτή την κατεύθυνση, ιδίως τώρα που η νανοτεχνολογία είναι στα ντουζένια της.

Τα φωτοβολταϊκά έχουν μεγάλη διάδοση στην Ιαπωνία, Καλιφόρνια και Γερμανία. Στην Αμερική το κόστος από αυτά έχει πέσει στην σχεδόν διπλάσια τιμή από το κανονικό ρεύμα, ενώ στην Ιταλία και την Καλιφόρνια, λέγεται ότι σε μερικές περιπτώσεις η τιμή είναι παρόμοια της συμβατικής. Κουφό, αλλά ποιος ξέρει, μπορεί να είναι και αληθινό.

Στη Γερμανία αυτή τη στιγμή είναι εγκατεστημένα γύρω στα 300,000 φωτοβολταϊκά συστήματα, από τις στέγες των σπιτιών, ως σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις, που παρέχουν συνολικά 3GW ηλεκτρισμού, ισοδύναμο με 3-5 συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από τέτοιες εγκαταστάσεις είναι επιδοτούμενη στο τριπλάσιο της τιμής που στοιχίζει στον παραγωγό. Τα επί πλέον αυτά χρήματα είναι υποχρεωμένοι να τα καταβάλουν οι συμβατικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, βάσει συμφωνιών που ισχύουν ως το 2024. Παρόμοια κίνητρα ισχύουν και για την Ισπανία και Ιταλία, με προοπτική να υιοθετηθούν και από άλλες 20 χώρες. Ποιες; Δεν αναφέρει.

Σχετικά με τα συστήματα των καθρεφτών, δεν έχω να πω πολλά, γιατί η εφαρμογή τους δεν έχει ακόμα επεκταθεί σε ευρεία κλίμακα. Η αρχή λειτουργία τους είναι διαφορετική, καθώς χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια για να θερμάνουν κάποιο υπό πίεση υγρό μέχρι τους 400 C, το οποίο στη συνέχεια διοχετεύουν σε τουρμπίνες για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Με τη χρήση δε, κατάλληλων αλάτων (Molten Salts) τα συστήματα αυτά μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό σε οποιαδήποτε ώρα της ημέρας ή νύχτας, πράγμα που είναι πολύ επιθυμητό. Μια τέτοια μονάδα αποτελούμενη από 20,000 πιάτα έχει αρχίσει να εγκαθίσταται κοντά στο Los Angeles, και η οποία όταν αρχίσει να λειτουργεί το 2010, θα αποδίδει 500 MW.

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Εκτιμώ ότι η Ελλάδα είναι δύσκολο να επωφεληθεί απ’ αυτό τον τύπο ενέργειας. Οι μεγάλες ευνοημένες είναι η Ισλανδία, η Ιαπωνία και η Νέα Ζηλανδία, διότι αναβλύζει μέσα στα πόδια τους κυριολεκτικά, και έτσι δεν χρειάζεται να σκάψουν βαθιά για να την αντλήσουν. Άλλωστε αυτό είναι και το μεγάλο εμπόδιο για τη γενίκευσή της: σκάψιμο σε μεγάλα βάθη που μπορεί να είναι έως και 5 Km, θραύση βραχωδών εδαφών, ενίσχυσή τους με τσιμέντο κ.λ.π., εργασίες που ανεβάζουν σημαντικά το κόστος. Η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας γίνεται με την έγχυση νερού υπό πίεση σε μεγάλα βάθη. Το νερό θερμαίνεται και κατά την ανάδυσή του χρησιμοποιείται καταλλήλως. Το πρόβλημα είναι ότι η τεχνική αυτή δεν είναι πολύ αποδοτική, ενώ βελτιώνεται με τη χρήση CO2. Αλλά και αυτό θέτει ένα επιπλέον πρόβλημα για τους γνωστούς λόγους διάθεσης.

Αν και υπάρχουν αρκετές πειραματικές εγκαταστάσεις σε διάφορα μέρη, όπως Αυστραλία και Γερμανία, η μεγάλης κλίμακας εκμετάλλευσή της, φαίνεται να είναι ακόμα μακριά στον ορίζοντα. Παρά ταύτα, υπάρχουν ένα εμπορικό εργοστάσιο στο Landau της Γερμανίας το οποίο λειτουργεί κανονικά από το 2007 και ήδη παράγει 22 GWh τον χρόνο, και ένα άλλο στο Soultz της Γαλλίας δυναμικότητας 1.5 MW.


ΔΑΜΑΖΟΝΤΑΣ ΤΑ ΚΥΜΑΤΑ
Οι παλίρροιες δυνητικά μπορούν να παράξουν το 5% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά λόγω πρακτικών δυσκολιών αυτό το νούμερο είναι δύσκολο να υλοποιηθεί. Η εκμετάλλευση γίνεται με τεράστια φράγματα σε περιοχές με έντονο το φαινόμενο. Ένα τέτοιο υπάρχει στις ακτές της Βρετάνης, στη Γαλλία, ήδη από το 1966, ενώ παρόμοια λειτουργούν στη Ρωσία, Καναδά, Κίνα, και σύντομα στην Κορέα.
Δεν υπάρχουν ασφαλείς εκτιμήσεις για το κόστος ακόμα, αλλά είναι ένα είδος ενέργειας που αφορά λίγες μόνο περιοχές του πλανήτη.

Τα κύματα είναι στο παιχνίδι καιρό τώρα, μιας και βρίσκονται σχεδόν παντού. Και επί πλέον εκτιμάται ότι μπορούν να παράξουν περισσότερη ενέργεια από τις παλίρροιες. Μια τέτοια εγκατάσταση εκμετάλλευσης των κυμάτων βρίσκεται σε λειτουργία στα ανοιχτά της Β. Πορτογαλίας, ενώ στα σκαριά είναι δυο εγκαταστάσεις στην Βόρεια Σκοτία και στις ακτές της Κορνουάλης. Ακόμα το κόστος είναι πολύ υψηλό.

Όλες οι πληροφορίες προέρχονται από το ειδικό αφιέρωμα του ΝewScientist (11 Οκτ. 2008). Το θέμα είναι ανεξάντλητο. Περισσότερα μπορείτε να βρείτε στην Wikipedia, στο λήμμα Renewable Energy: http://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_energy, με χρήσιμους συγκριτικούς πίνακες κόστους, για παράδειγμα δυναμικού, αποδοτικότητας κ.λ.π. Για την Ελλάδα, οσμίζομαι ότι τα νούμερα που θα βρω θα πέφτουν σε αντιφάσεις μεταξύ τους και το θέμα προς το παρόν δεν το αγγίζω.