Βιώσιμες Πηγές Ενέργειας και Ποσοστά Υιοθέτησης

Ένας αυξανόμενος παγκόσμιος πληθυσμός και η περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση οδηγούν σε ανάγκη/επιθυμία να αντιμετωπίζουμε το σπίτι μας (Γη) με πιο φιλικό τρόπο. Ευτυχώς, αν κοιτάξουμε προσεκτικά, πολλές αξιοποιήσιμες μορφές ενέργειας βρίσκονται γύρω μας. Οποιοδήποτε αντικείμενο βρίσκεται σε κίνηση, παράγει θερμότητα ή ακόμη και φως, είναι μια πιθανή πηγή.

Η αναγνώριση των πηγών ενέργειας είναι το εύκολο μέρος. Το δύσκολο εμπόδιο είναι η αξιοποίηση αυτών των πόρων με αξιόπιστο και συνεπή τρόπο. Ευτυχώς, οι πρόοδοι στην επιστήμη των υλικών έχουν επιτρέψει αποδοτικότητες που δεν ονειρευόμασταν στο παρελθόν.

Βιώσιμη ενέργεια

Πριν εμβαθύνουμε σε μερικά παραδείγματα καθαρής ενέργειας και τις εταιρείες που προωθούν τη χρήση τους, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη διαφορά μεταξύ βιώσιμων και ανανεώσιμων πηγών.

Απλά, η ανανεώσιμη ενέργεια προέρχεται από πηγές που αναπληρώνουν φυσικά την προσφορά τους γρηγορότερα από ό,τι τη χρησιμοποιούμε. Αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι αυτές οι πηγές παρέχουν καθαρή ενέργεια – μόνο ότι η προσφορά δεν μπορεί να εξαντληθεί με τις τρέχουσες απαιτήσεις.

Η βιώσιμη ενέργεια, από την άλλη, αφορά πηγές και πρακτικές που μπορούν να καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες μακροπρόθεσμα, περιορίζοντας τις περιβαλλοντικές, οικονομικές και κοινωνικές επιπτώσεις. Αυτές οι πηγές λαμβάνουν υπόψη τις μελλοντικές γενιές και επιδιώκουν να τους προσφέρουν έναν πράσινο πλανήτη, αντί για έναν που καταστρέφεται συνεχώς από άνθρακα, πετρέλαιο, μεθάνιο και άλλες βρώμικες μορφές ενέργειας.

Πρέπει να σημειωθεί ότι, αν και υπάρχει διαφορά μεταξύ βιώσιμων και ανανεώσιμων πηγών, στις περισσότερες περιπτώσεις και οι δύο ετικέτες ισχύουν. Φυσικά, εκείνες που καταφέρνουν να είναι και τα δύο είναι οι πιο ενδιαφέρουσες.

Κατά κανόνα, η βιώσιμη ενέργεια πρέπει να ξεπεράσει τρία εμπόδια για να θεωρηθεί ως τέτοια.

• Περιβαλλοντικά βιώσιμη
• Οικονομικά βιώσιμη
• Κοινωνικά βιώσιμη

Ένα κοινό παράδειγμα βιώσιμης πηγής ενέργειας είναι η υδροηλεκτρική ενέργεια. Μεταξύ των φάσεων παλίρροιας που δημιουργεί η Σελήνη, των κυμάτων και των κλιματικών κύκλων, πάντα θα υπάρχει ρέον νερό στη Γη. Η αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας του ρέοντος νερού δεν είναι μόνο μια διαδικασία που ανανεώνεται φυσικά, αλλά είναι βιώσιμη, όταν σχεδιάζεται με τρόπο που περιορίζει τις επιπτώσεις στα οικοσυστήματα και στις κοινότητες και είναι οικονομικά και κοινωνικά εφικτός.

Η βιομάζα δείχνει γιατί οι έννοιες «ανανεώσιμη» και «βιώσιμη» δεν είναι πάντα συνώνυμες. Η πιο προφανής εφαρμογή της είναι η καύση ξύλου ως πηγή θερμότητας. Παρόλο που η προσφορά βιομάζας μπορεί να αναπληρωθεί γρηγορότερα από ό,τι τη χρησιμοποιούμε, η βιωσιμότητά της εξαρτάται από την προέλευση, την αναγέννηση της πρώτης ύλης και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά τον κύκλο ζωής της.

Ένα κοινό παράδειγμα μη ανανεώσιμης, μη βιώσιμης πηγής ενέργειας είναι τα ορυκτά καύσιμα. Με την εξάπλωση της εσωτερικής καύσης, το τέλος των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων είναι ήδη ορατό. Αυτή η πηγή, η οποία χρειάστηκε κυριολεκτικά εκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστεί, είναι ουσιαστικά μη ανανεώσιμη, κακή για το περιβάλλον και απλώς δεν αποτελεί βιώσιμη πηγή για το μέλλον.

Κύριες επιλογές

Τώρα που κατανοούμε τη διαφορά μεταξύ ανανεώσιμων και βιώσιμων πηγών ενέργειας, εδώ είναι μερικά παραδείγματα εκείνων που παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη υπόσχεση. Κάθε μία από αυτές χρησιμοποιείται ήδη σε όλο τον κόσμο, παρουσιάζοντας ενθαρρυντικά επίπεδα υιοθέτησης.

Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι μία πηγή δεν είναι απαραίτητα καλύτερη από την άλλη. Η καλύτερη πηγή ενέργειας είναι αυτή που είναι άμεσα διαθέσιμη στο τοπικό περιβάλλον.

Υδροηλεκτρική ενέργεια

Η αξιοποίηση του νερού ως πηγή ενέργειας δεν είναι κάτι νέο – εκμεταλλευόμαστε φράγματα και νερόμυλους εδώ και αιώνες. Σήμερα, η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι η μεγαλύτερη πηγή χαμηλών εκπομπών άνθρακα παγκοσμίως, αντιπροσωπεύοντας πάνω από 15% της συνολικής προσφοράς. Οι τυπικές περιπτώσεις χρήσης βασίζονται στην αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας του κινούμενου νερού για την περιστροφή μιας τουρμπίνας και τη δημιουργία ηλεκτρισμού.

Ένα παράδειγμα οργανισμού που προσπαθεί να προωθήσει την ικανότητά μας να αξιοποιούμε την παλίρροια και την κατανόησή μας για τις επιδράσεις της στα τοπικά οικοσυστήματα είναι το Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE). Αυτός ο οργανισμός που λαμβάνει κρατική χρηματοδότηση εδρεύει στη Νέα Σκωτία, Καναδά, όπου στον Κόλπο του Fundy βρίσκονται οι μεγαλύτερες παλίρροιες του κόσμου.

Στον Κόλπο του Fundy, πάνω από 160 δισεκατομμύρια τόνοι νερού ρέουν μέσα και έξω, δύο φορές την ημέρα, καθημερινά – σαν ρολόι. Η δύναμη αυτού του κινούμενου νερού είναι εντυπωσιακή και προσφέρει τη δυνατότητα εξίσου εντυπωσιακής παραγωγής ενέργειας που είναι αξιόπιστη όπως η άνοδος της Σελήνης. Αυτό το έργο βρίσκεται στη μέση μιας μακροπρόθεσμης μελέτης για τους πιθανούς κινδύνους που οι παλιρροϊκές τουρμπίνες ενδέχεται να προκαλέσουν στη θαλάσσια χλωρίδα και πανίδα.

Η υδροηλεκτρική ενέργεια αντιπροσωπεύει σημαντικό μέρος της ηλεκτροπαραγωγής. Σύμφωνα με έκθεση του IEA του 2021, παρείχε σχεδόν το μισό της παγκόσμιας ηλεκτροπαραγωγής χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Η Κίνα είναι μεγάλος παραγωγός, ενώ σημαντική παραγωγή έχουν και οι Ηνωμένες Πολιτείες. Προχωρώντας μπροστά, η αγορά κυματικής και παλιρροϊκής ενέργειας αναμένεται να αυξηθεί από 0,59 δισεκατομμύρια δολάρια το 2021, σε 4,41 δισεκατομμύρια δολάρια το 2028.

Αιολική ενέργεια

Όπως η υδροηλεκτρική ενέργεια, η ηλεκτρική ενέργεια που δημιουργείται μέσω της δύναμης του ανέμου δεν είναι κάτι καινούργιο. Αντί να αξιοποιούμε την κινητική ενέργεια του κινούμενου νερού για την περιστροφή μιας τουρμπίνας, η διαδικασία επαναλαμβάνεται με το άνεμο να περιστρέφει πτερύγια συνδεδεμένα με μια τουρμπίνα.

Αν και ο άνεμος μπορεί να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία ηλεκτρισμού σχεδόν οπουδήποτε στον κόσμο, η πρακτική δεν έρχεται χωρίς τις δικές της προκλήσεις. Όχι μόνο απαιτούνται μεγάλες εκτάσεις γης για τη φιλοξενία αυτών των τεράστιων αγρών, αλλά ο άνεμος δεν είναι τόσο αξιόπιστος όσο οι παλίρροιες. Μια μέρα μπορεί να φυσά δυνατά, και η επόμενη ήρεμη.

Παρά αυτές τις προκλήσεις, η αιολική ενέργεια συνεχίζει να αυξάνει τη δημοτικότητά της, αντιπροσωπεύοντας πάνω από 7,6% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο άνεμος έχει ήδη καταφέρει να γίνει η μεγαλύτερη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 10% της δικής της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Στην ευρύτερη ενεργειακή μετάβαση δραστηριοποιείται η Siemens AG (SIE.SW ) (SIE.DE ) (SIEGY). Αυτό το συγκρότημα είχε έσοδα 72 δισεκατομμυρίων ευρώ το οικονομικό έτος 2022. Με ιστορία από το 1847, αυτή είναι μια εταιρεία που ξέρει πώς να προσαρμόζεται στις εποχές. Με αυτόν τον τρόπο, η Siemens διαθέτει ολόκληρες διευθύνσεις αφιερωμένες στην ανάπτυξη τεχνολογιών που θα μας επιτρέψουν να μεταβούμε από τα ορυκτά καύσιμα σε βιώσιμες πηγές. Η δραστηριότητα στις ανεμογεννήτριες μέσω της Siemens Gamesa ανήκει στη χωριστή Siemens Energy, η οποία αποσχίστηκε από τη Siemens AG το 2020.

Ηλιακή ενέργεια

Ενώ οι τουρμπίνες είναι καθοριστικές για τη δημιουργία ηλεκτρισμού όταν χρησιμοποιούμε πηγές όπως το υδρο ή ο άνεμος, δεν χρειάζονται πλέον όταν αξιοποιούμε τις φωτοβολταϊκές κυψέλες. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, που καθίσταται δυνατό καθώς τα φωτόνια μεταφέρουν ενέργεια στους φορείς φορτίου ενός ημιαγώγιμου υλικού, αποτελεί τη βασική τεχνολογία πίσω από την ηλιακή ενέργεια. Ο Ήλιος είναι πιθανώς η πιο άφθονη πηγή ενέργειας στο ηλιακό μας σύστημα – γιατί να μην αξιοποιήσουμε ό,τι προσφέρει.

Ηλιακή ενέργεια είναι μοναδική στην ικανότητά της να χρησιμοποιείται σε εφαρμογές τόσο μικρές όσο μια προσωπική τράπεζα μπαταριών, όσο και τόσο μεγάλες όσο η τροφοδοσία ολόκληρων πόλεων.

Όπως όλες οι πηγές ενέργειας, έχει περιορισμούς.

Ενώ οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν αυξήσει σημαντικά την αποδοτικότητα και την προσιτότητα των ηλιακών πάνελ, η πρακτική παραμένει πιο κατάλληλη για περιοχές με άφθονο ηλιακό φως. Ταξιδεύοντας κοντά στους πόλους, υπάρχουν περιοχές της Γης που στερούνται ανατολής του ήλιου για μήνες.

Σήμερα, οι πρόσφατες πρόοδοι στην ηλιακή τεχνολογία έχουν επιτρέψει το 4,8% και αυξανόμενο ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να προέρχεται από αυτή τη βιώσιμη πηγή. Ενώ οι Ηνωμένες Πολιτείες μπορεί να είναι μπροστά στην τάση της παραγωγής ενέργειας από άνεμο, υστερούν ελαφρώς στην ηλιακή, με περίπου 3% να προέρχεται από την αξιοποίηση των ακτίνων του ήλιου.

Μία από τις πιο εξέχουσες εταιρείες και καινοτόμους στον τομέα της ηλιακής τεχνολογίας είναι η εταιρεία κατασκευής ηλεκτρικών οχημάτων (EV) Tesla (TSLA ) (TSLA). Για χρόνια, η εταιρεία αναπτύσσει και εγκαθιστά τις ηλιακές στέγες, που επιτρέπουν στους ιδιοκτήτες σπιτιών να αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ με φωτοβολταϊκά κεραμίδια στην οροφή. Κατά τη διάρκεια του 2022, η Tesla ανέφερε έσοδα 81,46 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Γεωθερμία

Πιστεύεται ότι παλιά, η Γη ήταν εξ ολοκλήρου αποτελούμενη από λιωμένο υλικό, καλυμμένη από ωκεανούς μαγμάτος. Δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, έχει ψυχθεί, με την επιφάνεια να γίνεται κατοικήσιμη για τον άνθρωπο. Ο πυρήνας, ωστόσο, εξακολουθεί να είναι ενεργός, θερμαίνοντας τα διάφορα στρώματα που τον περιβάλλουν. Αυτή η ενέργεια, που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της Γης, την αξιοποιούμε τώρα, αναφερόμενοι σε αυτή ως γεωθερμική.

Η γεωθερμική λειτουργεί συνήθως αξιοποιώντας τη θερμική ενέργεια από τη Γη για να θερμάνει ένα υγρό μέσο με υψηλή θερμοχωρητικότητα, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την κίνηση τουρμπίνων που δημιουργούν ηλεκτρισμό. Τα τελευταία χρόνια, η γεωθερμική έχει γίνει όλο και πιο δημοφιλής, καθώς δεν είναι πλέον εφικτή μόνο σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, αλλά και για οικιακές εγκαταστάσεις ως μορφή θέρμανσης.

Παρόλο που η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί οπουδήποτε αν σκάψετε αρκετά βαθιά, υπάρχουν φυσικές θερμές εστίες σε όλο τον κόσμο που καθιστούν τη διαδικασία πολύ πιο εύκολη – κυρίως ηφαίστεια. Χώρες όπως το Ελ Σαλβαδόρ έχουν αναγνωρίσει αυτό και κάνουν συντονισμένες προσπάθειες να αξιοποιήσουν αυτήν την καθαρή πηγή ενέργειας, καθώς είναι επίσης άφθονη και αξιόπιστη.

Αυτή τη στιγμή, παρά τις προοπτικές της, η γεωθερμική ενέργεια εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύει περίπου το 0,4% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας – αριθμός που είναι σύμφωνος με την παραγωγή στις Ηνωμένες Πολιτείες. Πέρα από τα ηφαίστεια, η γεωθερμική είναι ιδιαίτερα προσβάσιμη κοντά στα όρια τεκτονικών πλακών και σε ρήγματα. Ως αποτέλεσμα, η Ακτή της Καλιφόρνιας αποτελεί μια κύρια περιοχή για την πρόσβαση σε αυτήν την καθαρή ενέργεια.

Για επενδυτές που επιθυμούν να εκτεθούν στη βιομηχανία γεωθερμικής ενέργειας, μία από τις εταιρείες που ηγείται είναι η Ormat Technologies (ORA ) (ORA). Η εταιρεία έχει κατασκευάσει ή προμηθεύσει εξοπλισμό για πάνω από 150 μονάδες παραγωγής ενέργειας και απασχολεί πάνω από 1.300 άτομα. Τα τελευταία 5 χρόνια, η Ormat Technologies έχει σταθερά παραγάγει ετήσια έσοδα άνω των 650 εκατομμυρίων δολαρίων, και θα βρίσκεται σε καλή θέση να επωφεληθεί καθώς η γεωθερμική κερδίζει σε δημοτικότητα.

Κοιτάζοντας το μέλλον

Ενώ οι πηγές ενέργειας που αναφέρθηκαν παραπάνω προσφέρουν τεράστιο δυναμικό για τη δημιουργία ενός πιο πράσινου μέλλοντος, υπάρχουν ακόμη δύο επιλογές που ενδέχεται κάποια μέρα να τις ξεπεράσουν όλες.

Πυρηνική σύντηξη

Κάποτε θέμα της επιστημονικής φαντασίας, η αξιοποίηση της πυρηνικής σύντηξης για εμπορική ηλεκτροπαραγωγή μπορεί κάποια μέρα να γίνει πραγματικότητα καθώς οι επιστήμονες συνεχίζουν να κάνουν υποσχόμενες προόδους στην αξιοποίηση του «ιερού δισκοπότηρου» της παραγωγής ενέργειας. Στην πραγματικότητα, η πρόοδος έχει προχωρήσει τόσο πολύ που οι κυβερνήσεις σχεδιάζουν πλέον να κατασκευάσουν λειτουργικά πρωτότυπα εργοστάσια πριν το 2040.

Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι, η πυρηνική σύντηξη – η ίδια διαδικασία που τροφοδοτεί τον ήλιο μας ‘Sol’ – δεν πρέπει να συγχέεται με την πυρηνική σχάση (η τρέχουσα διαδικασία που χρησιμοποιείται στα σύγχρονα πυρηνικά εργοστάσια). Κάθε διαδικασία απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, ωστόσο η πρώτη το κάνει δημιουργώντας συνθήκες για τη συνένωση πυρήνων, ενώ η δεύτερη διασπά βαριά στοιχεία όπως το ουράνιο.

Η σύντηξη όχι μόνο απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα μάζας καυσίμου από τη σχάση, αλλά είναι μια σημαντικά πιο καθαρή διαδικασία. Το ζήτημα που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες είναι η ανάπτυξη των κατάλληλων συνθηκών για να διευκολύνουν και να αξιοποιήσουν με ασφάλεια τη διαδικασία.

Πιεζοηλεκτρικότητα

Πρόσφατα εξετάσαμε την πιεζοηλεκτρικότητα και πώς αποτελεί μία από τις συχνά χρησιμοποιούμενες, αλλά λιγότερο γνωστές μορφές μετατροπής ενέργειας. Η πιεζοηλεκτρικότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού, είτε τεχνητού είτε φυσικού, να δημιουργεί ηλεκτρική εκφόρτιση όταν υποβάλλεται σε εξωτερική πίεση.

Το φαινόμενο χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες σε καθημερινά αντικείμενα, όπως μικρόφωνα και αναπτήρες. Η σύγχρονη επιστήμη των υλικών συνεχίζει να προοδεύει προς μια μέρα όπου θα μπορούμε να αξιοποιήσουμε αρκετό ηλεκτρισμό μέσω αυτού του φαινομένου για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.

Όπως η πυρηνική σύντηξη, η δυνατότητα ευρείας χρήσης των πιεζοηλεκτρικών υλικών φαινόταν σαν επιστημονική φαντασία. Αν και απομακρυσμένη κατά πολλά χρόνια, μπορεί κάποια μέρα να οδηγήσει σε έναν κόσμο όπου ορισμένες συσκευές χαμηλής κατανάλωσης θα χρειάζονται λιγότερες μπαταρίες, καθώς τα πιεζοηλεκτρικά υλικά μετατρέπουν διαθέσιμη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η δυνατότητα αυτή εξαρτάται από την ενέργεια που μπορεί να συλλεχθεί και δεν καταργεί γενικά την ανάγκη αποθήκευσης.

Συμπέρασμα

Αν και ο κόσμος μπορεί ακόμη να εξαρτάται από πηγές ενέργειας όπως τα προϊόντα πετρελαίου, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο, είναι ξεκάθαρο ότι δεν αποτελούν το μέλλον. Ευτυχώς, η ενέργεια βρίσκεται παντού γύρω μας, και η σύγχρονη επιστήμη μας δίνει όλο και περισσότερες ευκαιρίες να αξιοποιήσουμε μια αυξανόμενη λίστα καθαρών πηγών.

Ενώ το μέλλον μπορεί κάποια μέρα να δει τη Γη εξαρτημένη από την πυρηνική σύντηξη και τις αυτοτροφοδοτούσες συσκευές, θα είναι η συνεχής υιοθέτηση της υδροηλεκτρικής, της αιολικής, της ηλιακής και της γεωθερμικής ενέργειας που θα μας επιτρέψει να φτάσουμε εκεί.