Perspektivy solární energie


Sluneční paprsky přinášejí víc energie, než lidé potřebují

Nejlepší jaderný reaktor je na obloze

Josef Tuček

Je to smutný paradox: "Podle statistik OSN spotřebovává celé lidstvo dohromady energetický výkon deset terawattů. Sluneční záření však na Zemi přináší dokonce 180 000 terawattů. Jenže je lidé nedokážou dostatečně využít," říká Josip Kleczek z Astronomického ústavu Akademie věd v Ondřejově. "A tak nezbývá než pálit uhlí, ropu a plyn, stavět jaderné reaktory, poškozovat zdraví sobě i příštím generacím a doufat, že jednou sluneční energii využijeme líp.

V posledních měsících však vědci v různých zemích světa, i v tuzemsku, dále pokročili v hledání způsobů, jak slunečních paprsků využít lépe.

DEVADESÁT MILIONŮ TEMELÍNŮ

Jeden terawatt (TW) je bilion wattů, neboli představuje výkon pěti set temelínských jaderných elektráren. Co se děje s těmi neuvěřitelnými 180 000 TW slunečního záření dopadajícího na Zemi?
"Zhruba třetina se odráží zpět do vesmíru, asi pětina je pohlcena v atmosféře a přibližně polovinu pohlcuje zemský povrch. Pouze půl promile, neboli 90 TW, proměňují pozemské rostliny díky fotosyntéze na biomasu," vypočítává známý astronom a propagátor sluneční energie Josip Kleczek.
V reaktorech dnešních jaderných elektráren se štěpí jádra těžkých prvků, nejčastěji uranu, na vysoce radioaktivní jádra lehčích prvků, a při tom vzniká energie.
Experimentálně už vědci dokázali získat i energii z termonukleární fúze neboli ze spojení deuteria a tritia (těžkého a velmi těžkého vodíku), při kterém vzniká neškodné helium. Jestli se však vědcům podaří sestrojit komerčně úspěšný termonukleární reaktor a jestli s jeho použitím bude souhlasit veřejné mínění, to se má ukázat někdy v letech 2040 až 2050.

VŠESTRANNĚ VÝHODNÝ REAKTOR

Slunce funguje na podobném principu, avšak při termonukleární fúzi v jeho nitru vzniká helium ze zcela běžného vodíku. Uvolněná energie se v podobě částic světla, čili fotonů, dostává do vesmíru.
Uhelná elektrárna o výkonu 1000 megawattů - to je polovina plánovaného výkonu Temelína - spotřebuje za rok dva a půl milionu tun uhlí. Stejně výkonná jaderná elektrárna se spokojí s dvaceti osmi tunami oxidu uraničitého. Případná budoucí fúzní elektrárna by za rok spotřebovala pět set kilogramů deuteria a lithia, z něhož pak vzniká tritium.
Slunci postačí na tento výkon jenom padesát kilogramů vodíku.
"Slunce je vynikající reaktor - je vysoce účinný, a přitom dostatečně vzdálený a bezpečný," vychvaluje Josip Kleczek. "Je zde už pět miliard let a svou energii bude dodávat Zemi ještě dalších sedm miliard roků. Nemusíme vynakládat miliardy na jeho konstrukci, ani se ho bát."

JEŠTĚ ČTYŘI PĚTINY DOLŮ

Princip přímé přeměny slunečního záření v elektřinu vyvíjeli vědci v padesátých letech při přípravě kosmických programů. Dnešní sluneční články jsou velmi spolehlivý zdroj, výrobci na ně už dávají záruku dvacet let. Průmyslově vyráběné články jsou však zatím ekonomicky nevýhodné. Jejich účinnost je dost nízká - elektřinu vytvoří pouze ze 7 až 16 procent slunečního záření. Obvykle se vyrábějí z křemíku, jehož zpracování je také nákladné a jehož zásoby nejsou neomezené.
Hitem ve světě se nyní staly netradiční formy tohoto prvku - křemík bez krystalické struktury (amorfní) a jako nový materiál křemík mikrokrystalický. Výzkumem jeho vlastností se zabývá i Fyzikální ústav české Akademie věd. "Z takového křemíku se dají připravovat tenké, tedy celkem levné vrstvy pro sluneční články," říká Milan Vaněček z Fyzikálního ústavu.
Čeští vědci se při spolupráci s kolegy z Japonska, USA, Švýcarska a Německa soustřeďují na hledání nejlepšího uspořádání atomů křemíku v takovéto vrstvě, zkoumají vliv příměsí a defektů na vlastnosti materiálu.
"Za posledních dvacet let se už cena slunečních článků snížila dvacetkrát. Když se nám tuto cenu podaří stlačit ještě na jednu pětinu současného stavu, nic už nebude stát v cestě tomu, aby se Slunce stalo hlavním zdrojem čisté elektrické energie. Mohlo by to být nejpozději v polovině příštího století," odhaduje doktor Vaněček.
I on je nadšeným vyznavačem Slunce: "Sluneční články na čtyřech procentech plochy pouští na zeměkouli stačí k vyrobení elektřiny pro celé lidstvo."

LIST JAKO INSPIRACE

Živá příroda, která také nemůže existovat bez sluneční energie, si s jejím lapáním poradila jinak. Zelené rostliny a mořské řasy mění sluneční záření v procesu fotosyntézy na chemickou energii, která pak pohání všechny živé organismy. Rostliny a živočichové skladují energii v látce, které říkáme adenosin trifosfát (známý pod zkratkou ATP).
Účinnost přeměny slunečních paprsků v rostlinách je přitom ještě mnohem nižší než v lidských výrobcích: pouhé jediné procento. Ale to vůbec nevadí, rostlin je přece všude dost.
"Tohle může být vhodná metoda i pro průmysl. Můžeme přece také vyrábět málo účinné, ale levné články ve velkém množství," říká Wim Sinke, který se sluneční energií zabývá ve výzkumném ústavu v nizozemském Pettenu.
V poslední době výzkumníci skutečně zaznamenali několik úspěchů při napodobování fotosyntézy. Některé se už dostávají i do praxe. Například švýcarská továrna Swatch chce za několik měsíců uvést na trh hodinky, jejichž sklíčko je potřeno vrstvičkou bílé barvy, tak tenkou, že je průhledná. Tato barva zachycuje fotony podobným způsobem jako listová zeleň a jejich energií pohání hodinky. A další perspektivy? Když tímto materiálem natřeme například okna budovy, světlo projde dovnitř, ale část se v okně promění na energii, kterou půjde v domě využít. V tomto případě však stále ještě výzkumníci proměňují sluneční paprsky v elektřinu.

CHEMICKÁ ENERGIE

Jiní vědci se snaží napodobit přírodu ještě víc a přetvořit paprsky v chemickou energii. Tým vedený Tomem Moorem z Arizonské státní univerzity v USA se pilně snaží napodobit ty drobné části v rostlině, které se na přeměně sluneční energie podílejí. A skutečně už tito výzkumníci oznámili, že se jim podařilo sestavit chemické struktury podobné rostlinným, které ze slunečního světla vytvářejí zmiňovaný ATP.
Právě nyní Moorův tým hledá společně s kolegy z univerzity ve švédském Göteborgu způsoby, jak energii z tohoto ATP dále využít. Jejich chemické struktury totiž zatím nedosahují dokonalosti přírodních listů. Ale časem by snad mohla chemická energie z těchto lidských výtvorů přímo pohánět reakce pro výrobu léků, pro získávání vodíku z vody jako čistého paliva nebo reakce rozkládající průmyslový odpad v neškodné molekuly.


JOSEF TUČEK

nahoru