Maailman energiankulutus on kasvanut 20 viime vuoden aikana yli 50 prosenttia – ja kehitys vain jatkuu.
Nykyisin maapallon noin seitsemän miljardia ihmistä kuluttaa energiaa vähintään 14 miljardin öljytonnin edestä joka ainoa vuosi. Vain seitsemäsosa tarpeesta tyydytetään uusiutuvilla energianlähteillä ja ydinvoimalla. Yli 80 prosenttia energiasta tuotetaan siis yhä polttamalla kivihiililtä, öljyä ja maakaasua.
Miljoonien vuosien kuluessa muodostuneet fossiiliset polttoaineet on mahdollista käyttää loppuun geologisessa mielessä silmänräpäystä vastaavassa ajassa. Kansainvälinen energia-alan yritys BP arvioi, että nykyisellä kulutuksella hiilivarat riittävät 153 vuotta ja öljyvarat 50 vuotta.
Siksi tulevaisuudessa energiantarve pitää tyydyttää uusiutuvilla lähteillä, jotka takaavat sen, että sähköä saadaan myös 100 vuoden kuluttua.
Tutkijat ja insinöörit eri puolilla maailmaa kehittelevät parhaillaan menetelmiä tulevaisuuden energianlähteiksi.
VIHREÄÄ
Tuulivoima menee eteenpäin
Euroopassa olisi tilaa vaikka miljoonalle tuulivoimalalle, jotka voisivat tuottaa koko maailmalle energiaa vuoteen 2050 asti.
Näin ilmoittaa kansainvälinen tutkijaryhmä energiapoliitiikkaa käsittelevässä Energy Policy -aikakauslehdessä.
Tutkijaryhmän mukaan 4,9 miljoonaa neliökilometriä eri puolilla Eurooppaa voidaan muuttaa erikokoisiksi tuulipuistoiksi. Määrä käsittää 46 prosenttia Euroopan koko maapinta-alasta.
Tuulipuistoihin mahtuisi tutkijoiden mukaan 11 miljoonaa tuulivoimalaa, jotka yhteensä voisivat tuottaa 497 eksajoulea energiaa.
Määrä riittäisi kattamaan koko maailman kaiken sähköntarpeen vuonna 2050, jolloin maailman energiankulutuksen arvioidaan olevan noin 230 eksajoulea.
Vuoroveden energia talteen
11,5 neilökilometrin patoallas ja 16 turbiinia muuttavat englantilaisen Swanseanlahden voimalaksi.
Nousuvesi ryöppyää kyllin korkealle kohottuaan padon turbiinien läpi altaaseen, ja 7–9 metrin laskuveden aikana sen on pakko valua takaisin mereenkin turbiinien läpi.
Vuorovesivoimalaitos voi tuottaa sähköä 155 000 kotitaloudelle.
Tidal Lagoon Power -energiayhtiö, joka on kunnianhimoisen hankkeen taustalla, arvioi, etä vuorovesivoimalaitos on käyttökunnossa jo vuosina 2024–2025.
LIsää artikkeleita NÖRTTIVYÖHYKKEELTÄ: Ilmaston pelastaminen
IHMISVOIMALLA TOIMIVA
Jalkakäytävä polkumyllynä
Lontoon Bird Street tuottaa sähköä, kun kengänpohjat painuvat päällystettä vasten.
Lontoo sai 2017 maailman ensimmäisen sähköä tuottavan jalkakäytävän.
Bird Streetin erikoisvalmisteisen päällysteen alla on niin sanottuja pietsosähköisiä generaattoreita, jotka muuttavat askelten paineen virraksi.
Sähköä syntyy, kun laattoihin kohdistuva mekaaninen puristus luo sähkökentän pietsosähköiseen materiaaliin ja johtaa elektronivirran generaattoreihin. Sähköllä ladataan akkuja, jotka toimivat pimeänä aikana katuvalaistuksen energianlähteinä.
Jos menetelmää hyödynnettäisiin yleisesti suurkaupungeissa, miljoonat jalankulkijat tuottaisivat niin paljon sähköä, että sillä hoidettaisiin koko valaistus.
Matkustajat lämmittävät talon
Tukholman keskusrautatieaseman kautta kulkee joka päivä 250 000 matkustajaa.
Heidän tuottamaansa lämpösäteilyä otetaan talteen ilmanvaihtojärjestelmällä, johon kuuluu lämmönvaihdin.
Tämä siirtää lämpöenergian veteen, joka kiertää aseman ja sen vieressä sijaitsevan 13-kerrroksisen toimistorakennuksen välisessä putkistossa.
Asemalta tuleva lämpö leikkaa talon lämmityskustannuksia 20 %.
Häly saa katulamput palamaan
Suurkaupungeissa autojen, ihmisten ja lentokoneiden melu etenee ilman halki ääniaaltoina.
Ääniaallot taivuttava osaa noin 84 000 karvasta, jotka peittävät pilvenpiirtäjien metallirunkoa.
Ääniaaltojen liike-energia kulkee karvojen läpi ja osuu pietsosähköisestä materiaalista koostuviin generaattoreihin.
Kun generaattorit altistuvat ääniaallon mekaaniselle paineelle, niissä syntyy jännite.
Jännitekenttä saa elektronit virtaamaan generaattorin läpi.
Sähkövirta kulkee generaattoreista pieniä johtoja pitkin pääkaapeliin, joka on yhdistetty isoihin akkuihin.
Energia tallentuu akkuihin käytettäväksi katuvalaistukseen.
Karvapeitteinen pilvenpiirtäjä ottaa vastaan kaupungin ääniä ja muuttaa aallot sähköksi.
Kaupungissa risteilevien vilkkaiden teiden väliin pystytetty 100 metriä korkea tornitalo, Soundscraper, reagoi kaikenlaisiin ääniin.
Se on melun keskellä elementissään, sillä sen pintaa peittävät 84 000 taipuisaa värekarvaa muuttavat ääneksi kutsutun ilmassa etenevän mekaanisen aaltoliikkeen sähköksi.
Soundscraper on olemassa vasta paperilla. Suunnitelmalla osallistuttiin kuitenkin arkkitehtuurilehden vuonna 2013 järjestämään pilvenpiirtäjäkilpailuun.
Laskelmien mukaan yksi korkea karvainen rakennus voi tuottaa yhtä paljon sähköä kuin 20 tämän päivän suurinta tuuliturbiinia, joiden yhteisteho on 150 megawattia. Syntyvällä sähköllä olisi mahdollista korvata kymmenesosa sellaisten suurkaupunkien kuin Los Angelesin katuvalaistukseen käyttämästä energiamäärästä.
TOIVEIKASTA
Vety ottaa öljyn paikan
Vaikka fossiilisia polttoaineita on vaikea korvata esimerkiksi liikenne käytössä, vahvana vaihtoehtona niille pidetään vetyä.
Kun tulevaisuudessa siirrytään vihreään energiahuoltoon, sähköntuotanto on epävakaata: vuorokaudenaika ja sää vaikuttavat siihen, paljonko sähköä voidaan tuottaa, olipa senhetkinen tarve kuinka suuri tahansa.
Sähkön varastointimahdollisuudet ovat yhä varsin rajalliset, eikä akkujen avulla voida taata sähkönkulutusta ja -tuotantoa tasapainottavan säätövoiman riittävyyttä kovin pitkäksi aikaa.
Ongelman ratkaisu löytyy vedystä, joka sopii erinomaisesti energian varastoimiseen. Sähköllä veden happi ja vety erotetaan toisistaan, ja vety varastoidaan.
Varastovedyllä toimiva polttokenno tuottaa sähköä, lämpöä ja vettä.
Ydinvoimaa ilman uraania
Toriumreaktori
Tulevaisuudessa ydinvoimalat voivat tuottaa sähköä alkuaine toriumista.
2017 hollantilainen koereaktori käytti polttoaineena pelkästään sitä. Reaktorissa torium saadaan neutronisäteilyn avulla muuttumaan uraanin jakautuvaksi isotoopiksi 233.
Kun prosessi on käynnistynyt, uraaniydinten haljetessa syntyy lisää neutroneja, jotka pitävät yllä toriumin muuttumista siihen asti, kun lähes kaikki aine on käytetty.
Nykyiset ydinreaktorit hyödyntävät sen sijaan vain joitakin prosentteja polttoaineen jakautuvasta uraanista.
Reaktori käy merivedellä
ITERin reaktorirenkaan halkaisija on 19,4 metriä. Suojaksi tulee 30 metriä korkea betonikilpi.
Fuusioreaktori on runsaudensarvi: sillä on mahdollista tuottaa lähes loputtomasti sähköä, sillä se käyttää meriveden raskasta vetyä.
Kun ITERin ensimmäiset testit raskaalla vedyllä alkavat vuonna 2025, monien fuusiotutkimuksen ennätysten odotetaan kaatuvan. Vetypolttoaine on määrä kuumentaa 150–200 miljoonaan asteeseen.
Tähän mennessä korkein saavutettu lämpötila on 140 miljoonaa astetta. Lisäksi vetyplasma aiotaan pitää paikoillaan magneettikentällä kahdeksan minuuttia kerrallaan. Nykyennätys on kuusi ja puoli minuuttia.
Kymmenen ensimmäistä vuotta kokeilla testataan ITERiä, jotta se on valmis vuonna 2035 alkaviin kokeisiin oikealla raskaasta ja superraskaasta vedystä koostuvalla polttoaineella.
Vedyn fuusiosta syntyvät heliumytimet ovat äärimmäisen kuumia, ja kun ne johdetaan vety-ydinplasmaan, niiden kuumuus saa uudet vety-ytimet fuusioitumaan heliumytimiksi. Fuusioreaktiot etenevät itsestään jopa tunnin yhteen menoon ja tuottavat enemmän energiaa kuin kuluttavat.