Uusiutuvat Energianlähteet ja Niiden Omaksumisen Vauhti

Kasvava maailman väkiluku ja ympäristötietoisuus ovat luoneet tarpeen ja toiveen kohtelemaan kotiplaneettamme ystävällisemmin. Onneksi, jos tarkastelemme asiaa tarkkaan, rajattomia energialähteitä voidaan löytää ympäriltämme. Mikä tahansa esine, joka liikkuu, tuottaa lämpöä tai valoa, on potentiaalinen energianlähde.

Energianlähteiden tunnistaminen on helppo osa. Haasteellinen este on näiden voimavarojen hyödyntäminen luotettavalla ja johdonmukaisella tavalla. Onneksi materiaalitieteen edistysaskelit ovat mahdollistaneet tehokkuudet, joita ei ole aiemmin unelmoinut.

Uusiutuva Energia

Ennen kuin ryhdyymme esittelemään muutamia puhtaiden energianlähteiden esimerkkejä ja yrityksiä, jotka ajavat niiden hyödyntämistä, on tärkeää ymmärtää ero uusiutuvien ja kestävien lähteiden välillä.

Yksinkertaisesti sanottuna uusiutuva energia tulee lähteistä, jotka luonnostaan täydentävät varastoaan nopeammin kuin me käytämme sitä. Se ei välttämättä tarkoita, että nämä lähteet tarjoavat puhdasta energiaa – vain, että varastoja ei voida ehtyä nykyisillä kysynnällä.

Kestävä energia taas viittaa lähteisiin, jotka eivät ainoastaan ole itseuusiutuvia, vaan eivät myöskään aiheuta negatiivisia vaikutuksia Maahan tulevaisuudessa. Nämä lähteet ottaa huomioon tulevat sukupolvet ja pyrkivät jättämään heille vihreän Maan, sen sijaan, että jatkettaisiin hiilen, öljyn, metaanin ja muiden epäpuhtaiden energianlähteiden käyttöä.

On huomattava, että vaikka on ero uusiutuvien ja kestävien lähteiden välillä, useimmissa tapauksissa molemmat merkinnät ovat sovellettavissa. Luonnollisesti, ne, jotka pystyvät olemaan molempia, ovat mielenkiintoisimmat.

Tyypillisesti kestävän energian on voitava selviytyä kolmesta esteestä voidakseen katsotaan sellaiseksi.

• Ympäristöllisesti kestävä
• Taloudellisesti kestävä
• Sosiaalisesti kestävä

Yleinen esimerkki kestävästä energianlähteestä on vesivoima. Kuun luomaan vuorovesiin, aaltoihin ja ilmastocykleihin perustuen, vettä virtaa aina Maapallolla. Vesivirran kinetiisen energian hyödyntäminen ei ole ainoastaan luonnostaan uusiutuvaa, vaan myös kestävää, koska se ei aiheuta negatiivisia vaikutuksia Maahan tulevaisuudessa, ja se on jo taloudellisesti ja sosiaalisesti toteuttavissa.

Yleinen esimerkki uusiutuvasta energianlähteestä, jota ei yleensä pidetä kestävänä, on biomassa. Ilmeisin toteutus on puun poltto lämmityksen lähteenä. Vaikka biomassan tarjonta voi olla uusiutuvaa nopeammin kuin miten sitä voidaan käyttää, se ei ole kestävää johtuen siitä, että sen käytöstä aiheutuu kasvihuonekaasupäästöjä.

Yleinen esimerkki ei-uusiutuvasta ja ei-kestävästä energianlähteestä on fossiiliset polttoaineet. Sisäpolttomoottorin yleistyessä fossiilisten polttoaineiden varastojen loppuminen on jo näköpiirissä. Tämä lähteistä, joka kestää miljoonia vuosia kertymään, on periaatteessa ei-uusiutuva, huono ympäristölle ja yksinkertaisesti ei-kestävä tulevaisuuden näkökulmasta.

Parhaat Ehdokkaat

Nyt, kun ymmärrämme eron uusiutuvien ja kestävien energianlähteiden välillä, tässä on muutamia esimerkkejä niistä, jotka lupaavat eniten. Kukin näistä on jo käytössä ympäri maailmaa ja tarjoaa lupaavia omaksumisen tasojen toteutumista.

On tärkeää muistaa, että yksi ei välttämättä ole parempi kuin toinen. Paras energianlähde on se, joka on helposti saatavilla paikallisessa ympäristössä.

Vesivoima

Veden käyttäminen voimanlähteenä ei ole uusi asia – olemme hyödyntäneet patoja ja vesimyllyjä vuosisatoja. Nykyään vesivoima on maailman suurin matalan hiilijalanjäljen sähköntuotannon lähde, vastaten yli 15% koko tarjonnasta. Tyypilliset käyttötapaukset perustuvat vesivirran kinetiisen energian hyödyntämiseen, jolla pyöritetään turbiinia ja tuotetaan sähköä.

Esimerkki organisaatiosta, joka pyrkii edistämään kykyämme hyödyntämään vuorovesienergiaa ja ymmärtämään sen vaikutuksia paikallisiin ekosysteemeihin, on Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE). Tämä hallituksen rahoittama organisaatio sijaitsee Nova Scotiassa, Kanadassa, missä maailman suurimmat vuorovesivirtaukset löytyvät Fundy-lahteen.

Fundy-lahteen yli 160 miljardia tonnia vettä virtaa sisään ja ulos kahdesti päivässä, kuin kellonlyömässä – luonnonvoimainen prosessi, joka tarjoaa mahdollisuuden yhtä hämmästyttävään energiantuotantoon, joka on yhtä luotettavaa kuin Kuun nouseminen. Tämä hanke on mukana pitkäaikaisessa tutkimuksessa merikasvien ja -eläinten elämään aiheutuvista vaaroista, joita vuorovesiturbiinit voivat aiheuttaa.

Tällä hetkellä vesivoima kattaa yli 70% maailmanlaajuisesta sähköntuotannosta kestävistä lähteistä, ja Kiina ja Yhdysvallat johtavat kehitystä. Vuorovesi- ja aaltomarkkinat yksinään odotetaan kasvavan 0,59 miljardista dollarista vuonna 2021 4,41 miljardiin dollariin vuoteen 2028 mennessä.

Tuuli

Kuten vesivoimalla, sähköntuotanto tuulen voimalla ei ole uusi asia. Sen sijaan, että hyödyntäisimme vesivirran kinetiistä energiaa turbiinin pyörittämiseen, prosessi toistetaan saaden tuulen pyörittää siipirakenteisia turbiineja.

Vaikka tuulta voidaan hyödyntää sähköntuotannossa melkein missä tahansa maailmassa, tämä tapahtuma ei ole ilman haasteitaan. Tuulivoimaloita ei voida sijoittaa pienille alueille, ja tuuli itsessään ei ole yhtä luotettavaa kuin vuorovesi.

Huolimatta näistä haasteista, tuulivoima jatkaa suosiotaan, edustaen yli 7,6% maailmanlaajuisesta sähköntuotannosta. Yhdysvalloissa tuuli on jo kasvanut suurimmaksi uusiutuvan energianlähteeksi, edustaen noin 10% maan sähköntuotannosta.

Esimerkki yrityksestä, joka edistää tuulivoiman omaksumista, on Siemens AG (SIEGY). Tämä konglomeraatti tuotti 71,98 miljardia dollaria vuonna 2022, ja kirjoitushetkellä Siemens AG:n (SIEGY) osakkeet on listattu useiden analyytikkojen toimesta “ylitarjottaviksi”. Ollessaan olemassa vuodesta 1847 lähtien, tämä on yritys, joka osaa sopeutua ajan muutoksiin. Tämän vuoksi Siemensilla on kokonaisia osastoja, jotka kehittävät teknologioita, jotka mahdollistavat siirtymisen fossiilisten polttoaineiden käytöstä kestäviin lähteisiin.

Aurinko

Kun turbiinit ovat olennaisia sähköntuotannossa, kun käytetään lähteitä kuten vesivoimaa tai tuulivoimaa, ne eivät ole enää tarpeen, kun hyödyntävät fotovoltaista efektiä. Fotovoltaisten materiaalien mahdollistama efekti, joka perustuu fotonien aiheuttamaan alustan kiihdytys, on perusteknologia taustalla aurinkoenergiassa. Aurinko on mahdollisesti runsain energianlähde aurinkokunnassamme – miksi ei hyödyntäisi sitä, mitä se tarjoaa.

Aurinkoenergia on ainutlaatuinen kykynsä vuoksi olla käytössä sovelluksissa, jotka ovat yhtä pieniä kuin henkilökohtainen akku tai niin suuria, että ne voivat tuottaa energiaa koko kaupungille. Kuten kaikki energianlähteet, aurinkoenergiassa on rajoituksia. Vaikka nykyaikaiset teknologiat ovat parantaneet aurinkopaneeleiden tehokkuutta ja kustannustehokkuutta, käytäntö on edelleen parhaiten sovellettavissa alueille, joilla on runsaasti auringonvaloa. Matkustaessa lähelle napoja, on alueita, joissa auringon nousu on estynyt kuukausikausiksi.

Tällä hetkellä aurinkoenergian edistysaskelit ovat mahdollistaneet 4,8% ja kasvavan osuuden maailmanlaajuisesta sähköntuotannosta. Vaikka Yhdysvallat voi olla edelläkävijä tuulivoiman tuotannossa, se jää hieman jälkeen aurinkoenergiassa, josta noin 3% tulee auringon säteilyä hyödyntäen.

Yksi merkittävimmistä ja innovatiivisimmista yrityksistä aurinkoteknologian alalla on sähköautojen valmistaja Tesla (TSLA). Vuosien ajan yritys on kehittänyt ja asentanut aurinkokattoja, jotka mahdollistavat kotien omistajien hylkäämisen perinteisten aurinkopaneeleiden käytöstä ja siirtymisen fotovoltaisiin kattotiiliin. Vuonna 2022 Tesla tuotti 81,46 miljardia dollaria, ja kirjoitushetkellä se on listattu useiden rahoitusanalyytikkojen toimesta “ylitarjottavaksi”.

Maalämpö

On arvioitu, että maapallon pinnan alla on ollut aikoinaan kokonaan sulaa materiaalia, joka on peitetty magmamerillä. Miljardien vuosien kuluttua se on jäähtynyt, ja pinta on muuttunut asuttavaksi ihmisille. Maan ydin on edelleen kuumana, lämmittäen ympäröiviä kerroksia. Tämä energia, joka löytyy maan pinnan alla, on se, mihin me nyt tartumme, ja kutsumme sitä maalämmöksi.

Maalämpö toimii tyypillisesti hyödyntämällä maan lämpöenergiaa, joka lämmittää nestemäistä mediumia, jolla on suuri lämpökapasiteetti, jota voidaan sitten käyttää turbiinien pyörittämiseen sähkön tuottamiseksi. Viime vuosina maalämpö on tullut yhä suositummaksi, koska se ei ole enää vain suurten sovellusten mahdollista, vaan myös asuinrakennusten lämmitysmuotona.

Vaikka maalämpöenergiaa voidaan hyödyntää missä tahansa, jos kaivaa tarpeeksi syvälle, on maailmassa luonnollisia kuuma-alueita, jotka tekevät prosessin helpommaksi – erityisesti tulivuoret. Kansalliset valtiot, kuten El Salvador, ovat tunnustaneet tämän ja pyrkivät hyödyntämään tätä puhdasta energianlähdettä, joka on myös runsas ja luotettava.

Tällä hetkellä maalämpöenergia kattaa noin 0,4% maailman sähköntuotannosta, luku joka on sama kuin Yhdysvalloissa. Tulivuorien lisäksi maalämpö on erityisen helposti saatavilla lähellä mannerlaattoja ja siirroksia. Tämän seurauksena Kalifornian rannikko on tärkeä alue maalämmön hyödyntämiseksi.

Sijoittajille, jotka haluavat päästä osaksi maalämpöteknologian alaa, yksi johtavista yrityksistä on Ormat Technologies (ORA). Yrityksellä on yli 150 maalämpövoimalaitosta, ja se työllistää yli 1 300 henkilöä. Viiden viime vuoden aikana Ormat Technologies on jatkuvasti tuottanut vuosittaisia liikevaihtoja yli 650 miljoonan dollarin verran, ja se on hyvin asemoitunut hyödyntämään kasvavaa suosiota maalämmön alalla.

Tulevaisuuden Näkymät

Vaikka edellä mainitut energianlähteet lupaavat paljon kestävän tulevaisuuden mahdollistamiseksi, on kaksi muuta vaihtoehtoa, jotka voivat ylittää ne kaikki.

YdinFuusio

YdinFuusio, joka aiemmin kuului tieteiskirjallisuuteen, voi pian tulla todelliseksi, kun tutkijat jatkavat lupaavia läpimurtoja ydinenergian tuottamisessa. Itse asiassa edistys on ollut niin suurta, että hallitukset suunnittelevat toimivien koeprosessien rakentamista ennen vuotta 2040.

Niille, jotka eivät ole tuttuja, ydinFuusio – sama prosessi, joka voimaa aurinkoaamme “Sol” – ei pidä sekoittaa ydinFissioon (nykyisessä ydinvoimaloissa käytettävään prosessiin). Kummassakin prosessissa vapautuu valtavat määrät energiaa, mutta ensimmäinen tapahtuu yhdistämällä ytimiä, kun taas jälkimmäinen jakaa raskaita alkuaineita, kuten uraania.

Fuusio vapauttaa enemmän voimaa kuin fissio, ja se on huomattavasti puhdas prosessi. Haaste, jota tutkijat yrittävät ratkaista, on kehittää oikeat olosuhteet sekä fuusion mahdollistamiseksi että sen turvalliseksi hyödyntämiseksi.

Piezoelektrisyys

Olemme tutkineet aiemmin piezoelektrisyyttä ja sitä, kuinka se on yksi yleisimmin käytetty, mutta tuntematon voimanlähde. Piezoelektrisyys on materiaalin (joko luonnollisen tai keinotekoisen) kyky luoda sähköinen purkaus, kun se altistetaan ulkoiselle paineelle.

Jo vuosikymmeniä käytössä oleva teknologia on johtanut siihen, että moderni materiaalitiede edistyy kohti päivää, jolloin voidaan hyödyntää riittävästi sähköä laajamittaisiin sovelluksiin tämän ilmiön kautta.

Kuten ydinFuusio, laajan käytön mahdollisuus piezoelektrisistä materiaaleista tuntui aiemmin tieteiskirjallisuudelta. Vaikka se on vielä monia vuosia etäällä, se voi johtaa maailmaan, jossa suuret akut ovat pääosin vanhentuneita, ja piezoelektriset materiaalit mahdollistavat itsevoimaiset laitteet.

Loppusanat

Vaikka maailma saattaa edelleen olla riippuvainen energianlähteistä, kuten öljy, kaasu ja hiili, on selvää, etteivät ne ole tulevaisuuden ratkaisu. Onneksi energia on kaikkialla ympärillämme, ja nykyaikainen tiede antaa yhä useammin mahdollisuuden hyödyntää kasvavaa luetteloa puhdasenergialähteitä.

Vaikka tulevaisuus saattaa nähdä maapallon riippuvan ydinFuusiosta ja itsevoimaisista laitteista, se on edelleen vesivoiman, tuulivoiman, aurinkoenergian ja maalämmön jatkuva omaksuminen, joka mahdollistaa sen.