Pasaulio energetika XXI a. pradzioje
Pasaulio energetika XXI a. pradžioje
Turinys
1. Pratarmė psl. 3
2. Įvadas psl. 3
3. Tikslai ir uždaviniai psl. 3
4. Medžiagos dėstymas : psl.3-12
I. Energetikos augimo pavojai psl.3
II. Energetikos plėtros tendencijos psl. 5
III. Tradiciniai ir netradiciniai atsikuriantieji energijos šaltiniai
psl. 6
IV. Branduolinė energetika psl. 7
V. Vėjo energija psl. 9
VI. Ar pasitelksime saulės energiją? psl. 9
VII. Geoterminiai energijos šaltiniai psl.10
VIII. Nauji energetinio kuro gamybos būdai psl. 11
5. Išvados psl. 13
6. Literatūros sąrašas psl. 14
Energetikos augimo pavojai
Visa šiuolaikinės civilizacijos didybė – prekių įvairovė ir
gausa, transporto ir ryšių priemonės, kosmoso užkariavimas, galimybė
daugeliui žmonių užsiimti mokslu, kultūra, menu ir t.t. – tai vis
milžiniško energijos kiekio gamybos ir vartojimo pasekmė.
Žmonės, gyvendami ne Saulės energija, kaip augalai ir gyvūnai,
eikvoja tas angliavandenilių atsargas (naftą, dujas, anglis, skalūnus),
kurias biosfera sukaupė per šimtus milijonų metų. Mes gausiai eikvojame
neatsikuriančiąsias atsargas ir visų mūsų likimas priklauso nuo to srauto,
kuriuo šios atsargos išgaunamos iš Žemės gelmių į jjos paviršių. Ir jeigu
vieną kartą jis baigsis, jeigu naftos ir dujų atsargos išseks, tai kartu su
tuo sustos automobiliai ir lėktuvai, traukiniai, gamyklos, nutruks
energijos tiekimas ir iškils visos su tuo susijusios bėdos. Sustos ne tik
pramonės gamyba, bet ir kris žemės ūkio pprodukcija, nes ir jis aprūpinamas
dirbtine energija, kuria varomos žemės ūkio mašinos, gaminamos trąšos ir
t.t. Palikime visas tas nelaimes ir krizes, kurios kiltų pritrūkus
energijos, įsivaizduoti rašytojams ir fantastinių filmų kūrėjams.
Mums tuoj pat paprieštaraus, kad senkančios angliavandenilinio
kuro atsargos ilgainiui bus pakeistos branduoliniu kuru, kad jau veikia
greitųjų neutronų reaktoriai, kad ne už kalnų ir valdoma termobranduolinė
reakcija. O visa tai reiškia neribotą energijos išteklių atsiradimą – tada
žmonija visada galės gaminti energijos tiek, kiek jai jos reikės.
Žinoma, šiame teiginyje nemažai tiesos. Išties, greitųjų neutronų
reaktoriai daug kartų padidins žmonijos potencinius branduolinės energijos
išteklius. Taip pat galima sutikti, kad ir valdoma termobranduolinė sintezė
kada nors atsidurs žmonių rankose. Tačiau tikra ir tai, kad pavojų kelia ne
Saulės kilmės energijos gamybos kiekis.
Žemė iš Saulės gauna nepaprastai daug energijos iir kartu išsaugo
kone pastovią temperatūrą. Vadinasi, beveik tiek pat energijos Žemė
išspinduliuoja atgal į kosmosą. Pajamos ir išlaidos turi būti
subalansuotos, antraip sistema netektų pusiausvyros. Žemė arba įkaistų,
arba užšaltų ir virstų planeta be gyvybės.
Iš tikrųjų šis balansas nėra visiškai tikslus. Jis toks būtų,
jeigu kalbėtume apie planetą be gyvybės. Juk Žemėje yra gyvybė, augalai,
kurie Saulės energijos dėka kuria gyvąją materiją, esančią amžinoje
apykaitoje. Taigi ne visa iš Saulės gauta energija grįžta atgal į kosmosą.
Dalis jos palaidojama Žemės gelmėse. Naftos, dujų atsargos kaip tik iir
sudaro tą Saulės energijos dalį, kuri nebuvo grąžinta atgal į kosmosą.
Būtina įsisąmoninti, kad gyvybė Žemėje, visa jos evoliucija, atvedusi į
Žmogaus ir visuomenės atsiradimą, ir pačios visuomenės gyvenimas labai
ilgai vyko tik nežymaus energijos disbalanso (beveik tikslaus balanso)
sąskaita. Ir šio nežymaus energijos disbalanso padidėji as gali turėti
žmonėms labai pavojingų pasekmių.
Reikia pripažinti, kad planetos šilumos pusiausvyros pasikeitimas
jau vyksta. Mes vartojame vis daugiau ir daugiau energijos, kurią praeityje
sukūrė biosfera. Kaipgi keičiasi Žemės šilumos balansas? Ogi taip, kad
dirbtinė energija išsisklaido ir kaitina Žemę, jos litosferą, hidrosferą ir
atmosferą. Kad ir koks mažas šis dirbtinės energijos išmetimas į Žemės
šilumos balansą, kaupdamasis jis būtinai turės padidinti Žemės temperatūrą.
Kol gaminami energijos kiekiai dar matuojami šimtosiomis Saulės energijos
srauto dalimis, į klimato pašiltėjimą galima ir nekreipti dėmesio. Tačiau
energijos gamyba greitai auga. Ji padvigubėja kas 15 metų. Ir netoli tas
laikas, kai ji pradės rimtai veikti Žemės šilumos balanso struktūrą.
Blogiausia, kad taip yra su bet kuriuo būdu pagaminta energija –
ir šiluminių elektrinių, ir termobranduolinės sintezės. Vien Saulės
energijos vartojimas (ir tai su tam tikrais apribojimais) nekeičia Žemės
šilumos balanso.
Taigi teiginį, jog gaminamos energijos kiekis visada yra gerovė,
reikia taisyti. Žemės vidutinės temperatūros padidėjimas 4-5oC jau gresia
žmonijai ekologijos krize. Čia yra riba, kurią peržengti nevalia. Vadinasi,
civilizacija gali egzistuoti tik labai siaurame temperatūros diapazone.
Pvz., jeigu pplanetos vidutinė temperatūra nukristų 3-4oC, naujo ledynmečio
neišvengtume ir gyventi būtų įmanoma tik siauroje pusiaujo juostoje.
Vidutinei temperatūrai pakilus 4-5oC, pradėtų tirpti ledynai, vandenynų
vandens lygis pakiltų dešimtis metrų ir užlietų derlingiausias planetos
lygumas. Žinoma, šis procesas truktų ilgai – kelis šimtus metų. Vis dėlto
jo išvengti nepavyktų.
Tačiau dar pavojingiau būtų, jei dėl atšilimo pasikeistų visas
atmosferos cirkuliacijos pobūdis ir didžioji dalis neužlietų žemių taptų
sausringa pusdykume.
Manome, kad jau įtikinome skaitytoją, jog energetikos galios
augimas – ne tik gėris. Jėga, kurią ji suteikia žmonėms, dar reikia mokėti
naudotis. Žmogus tapo tarsi Guliveris, įėjęs į liliputų kristalų krautuvę.
Vienas neatsargus judesys, ir visa ta kristalo didybė pavirs stiklo
šukėmis. Taigi ypatingos reikšmės įgauna žmogaus ir gamtos, kaip vieningos
visumos, nagrinėjimas. Privalome įsisąmoninti, kad žmogus yra neatskiriamas
nuo savo aplinkos.
Energetikos plėtros tendencijos
Dabar energijos vartojimas gali būti tenkinamas tik deginant
organinį kurą (anglis, naftą, dujas), naudojant hidroenergiją ir
branduolinę energiją. Tačiau, kaip pažymima daugelyje leidinių ir
konferencijų, organinis kuras apie 2020 m. tik iš dalies tenkins pasaulio
energijos poreikius Kita dalis energijos poreikių galės būti patenkinta iš
kitų energijos šaltinių (įskaitant ir netradicinius atsikuriančiuosius),
kurie šiuo metu tyrinėjami ir prireikus galėtų būti panaudoti. Be to,
būtina pasakyti, kaip šiluminės ir atominės elektrinės bei didžiosios
hidroelektrinės (HE) neigiamai veikia aplinką (pirmiausia atmosferą,
vandens telkinius, žemės išteklius).
HE – tradicinis atsikuriantis energijos šaltinis, ppasižymintis
svarbiais privalumais (maža elektros energijos gamybos savikaina, didelis
manevringumas, kompleksinis vandens išteklių naudojimas, infrastruktūros
sudarymas ir t.t.). Tačiau hidroenergijos ištekliai yra riboti ir, netgi
visiškai panaudojus techninius išteklius, negalės patenkinti elektros
energijos poreikių ateityje, be to, didelės HE kartais neigiamai veikia
aplinką, ypač žemės išteklius, jeigu nesiimama reikiamų priemonių. Pvz.,
Lietuvoje visiškai panaudojus visus hidroenergijos išteklius būtų galima
patenkinti tik 15-20 proc. dabartinių elektros energijos poreikių. Tačiau
tai nereiškia, kad jų nereikia protingai naudoti.
Didelio masto atominės energijos naudojimas pasaulyje taip pat
ribotas, nes ekonomiškai tikslingos naudoti urano atsargos Žemės gelmėse
turėtų būti išsemtos. Be to, AE 2-3 kartus daugiau negu šiluminės
elektrinės teršia vandens telkinius-aušintuvus, o radioaktyviosios taršos
pavojus kelia sunkiai sprendžiamą problemą ne vienai kartai.
Dabar jau visiems aišku, kad atominės energetikos objektų statyba
reikalauja didžiausio meistriškumo, tiksliausio technologinių ir ekologijos
normų vykdymo, geriausios visų darbų kokybės, o tai labai pabrangina jų
statybą. Tačiau ir laikantis visų saugumo reikalavimų įvairių šalių
atominėse elektrinėse užregistruojama daug nemažų avarijų ir incidentų.
Svarbiausios to priežastys – technikos gedimai ir personalo klaidos.
Baisiausia avarija, kokią tik galima įsivaizduoti, įvyko Černobylio AE.
Nepaisant viso to, branduolinė energetika toliau bus plėtojama
Vakarų Europoje, Japonijoje ir kitur. Pagal pasaulio energetikos
konferencijų prognozes, elektros energijos gamyba AE ir toliau didės. Dar
spartesniais tempais AE plėtosis besivystančiose šalyse, pirmiausia
Indijoje ir Brazilijoje.
Visa įvertinusi, visuomenė reikalauja, kad vietoj atominių
ir
termofikacinių elektrinių būtų plėtojama alternatyvi netradicinė
energetika: taikomos kuro ir energijos taupymo priemonės, rekonstruojamos
ir plačiau naudojamos mažosios termofikacinės elektrinės, panaudojami
antriniai energijos ištekliai, atsikuriantieji energijos šaltiniai. Ir vis
dėlto branduolinė energetika tikriausiai plėsis ir XXI a., tačiau ji turės
remtis saugesniais reaktoriais. Atominės energetikos specialistams keliamas
idealas – sukurti 100 proc. tikimybės saugumo reaktorių.
Ir negalima pamiršti, kad šiluminė, atominė ir termobranduolinė
energetika yra Saulės energiją papildanti energija, galinti sukelti
aplinkos perkaitinimą ir visas iš to išplaukiančias globalines pasekmes,
apie kurias jau kalbėjome.
Taip pat minėjome, kad tolesnė eekstensyvi energetikos plėtra
negalima ir dėl ribotų energijos išteklių, jų netolygaus pasiskirstymo, vis
didesnės neigiamos įtakos aplinkai, reikalaujamų milžiniškų kapitalo
investicijų. Bendras visų elektrinių galingumas pasaulyje jau yra lyginamas
su gamtos reiškinių galia. Pvz., planetoje oro masės srovių vidutinė galia
yra 25-35 mlrd. KW, uraganų – 30-40 mlrd. KW, jūrų potvynių – 2-4 mlrd. kW
ir t.t.
Todėl reikia siekti kuo daugiau naudoti Saulės energijos
nepapildančių natūralių energijos šaltinių – upių, vėjo, Saulės,
geoterminę, vandenynų – energiją. Literatūroje teigiama, kad naudojant
daugiau negu 0,1 proc. į Žemę krintančios Saulės eenergijos galios (o tai
sudaro apie 100 mlrd. KW), Žemė gerokai atšiltų, išnyktų klimato zonos,
neigiamai būtų paveikta visa biosfera. Taip pat teigiama, kad kitų šaltinių
papildoma energija taip pat neturi būti didesnė kaip 0,1 proc. Saulės
energijos, o bendra dirbtinės energijos galia neturi bbūti didesnė kaip 200-
300 mlrd. KW. Taigi energijos gamybos galios Žemėje riba pagal ekologijos
sąlygas yra ribota 100 mlrd. KW pagal papildomą ir 100 mlrd. KW pagal
nepapildomą energijos galios rūšį.
Tradiciniai ir netradiciniai atsikuriantieji energijos šaltiniai
Atsikuriantieji energijos šaltiniai sąlyginai skirstomi į 2
grupes: tradicinius (hidroenergija, mediena, durpės, geotermija, skalūnai)
ir netradicinius, naujus (Saulės, vėjo, potvynių-atoslūgių ir bangų,
nemiško biomasės, bituminių smiltainių). 1980 m. tradiciniai
atsikuriantieji energijos šaltiniai sudarė net 98 proc. visų
atsikuriančiųjų šaltinių (iš jų hidroenergijai ir medienai teko 91 proc.),
o ateityje, tarkime 2010 m., tikimasi, jog ši dalis gerokai sumažės ir
sudarys 75-80 proc. (hidroenergija ir mediena apie 70 proc.). Žinoma,
naujieji atsikuriantieji šaltiniai plėtosis greičiau negu tradiciniai – jų
dalis išaugs nuo 2 proc. 1980 m. iki 20-250 proc. 2010 metais. Svarbiausias
vaidmuo teks Saulės, geoterminei, vvėjo ir nemiško biomasės energijai.
Remiantis atlikta trumpa įvairių energijos šaltinių perspektyvinio
naudojimo analize, galima daryti išvadą apie būtinybę ateityje įtraukti į
kuro ir energijos balansą, ypač mūsų šalies, visų atsikuriančiųjų
(tradicinių ir netradicinių) energijos šaltinių naudojimą. Vis dėlto
daugiau dėmesio turi būti skiriama netradiciniams energijos šaltiniams, nes
tradiciniai jau yra technologiškai gerai panaudojami. Štai, 1994 m. Madrido
deklaracija reikalauja, kad Europos Sąjungos šalyse (į ją mes jau įstojome)
2010 m. iš atsikuriančiųjų energijos šaltinių turi būti gaminama iki 15
proc. visos elektros energijos. Be jokios abejonės, Lietuvoje tikslinga
pirmiausia ppanaudoti ekonomiškai efektyvius hidroenergijos išteklius, kurie
vertinami daugiau kaip 2 mlrd. KWh per metus
Kalbant apie atsikuriančiųjų energijos išteklių geresnį
panaudojimą būtina pažymėti, kad ankstesnės MIREK optimistinės prognozės
apie netradicinių atsikuriančiųjų išteklių indėlį į energijos balansą
pasaulyje (jau 2000 m. – 10 proc.) gerokai sumažėjo.
Šiuo metu dauguma energetikos specialistų sutaria, kad
energetikos plėtra turi eiti kompleksinio įvairių energijos šaltinių
panaudojimo keliu, papildant vieniems kitus priklausomai nuo ekonominių ir
ekologinių sąlygų. Tik šiuolaikinio kuro ir energijos balanso struktūros
optimizavimas, įvertinant visas technines ir ekonomines, ekologines ir
socialines sąlygas, padės nustatyti įvairių energijos šaltinių sudėtį ir
santykį energetinėse sistemose, išskirti prioritetines kryptis dabar ir
ateityje. Gerinti energijos šaltinių struktūrą reikia atsižvelgus į gamybos
technologijos tobulinimą ir alternatyviuosius energijos šaltinius. Be to,
šis procesas visą laiką turi būti tobulinamas geriau įvertinant ekologijos
reikalavimus. Ekologijos reikalavimas – keisti žmonių veiklos verti imo
kriterijus gamtos apsaugos naudai.
Kalbant apie energetikos strategiją mūsų šalyje, galima teigti,
kad tik kompleksiškai su vyraujančia branduoline energetika atsikuriantieji
energijos šaltiniai, pirmiausia hidroenergija, sudarys rimtą alternatyvą
organinio kuro energetikai ir gamtos apsaugai ateityje. Tokia turėtų būti
svarbiausia Lietuvos nacionalinės energetikos strategijos energetikos
plėtotės kryptis. Dideles hidroelektrines ant didžiųjų upių – Nemuno ir
Neries – statyti yra efektyviau nei mažas, tačiau sudėtingesni iškyla
gamtosaugos reikalavimai. Turbūt galima sakyti, kad klausimas yra ne tas –
ar statyti hidroelektrines Lietuvoje, o tas – kokias gamtosaugos priemones
būtina įįgyvendinti ir kiek jos kainuos?
Branduolinė energetika
Dabartinės branduolinės energetikos pranašumai ir trūkumai gerai
žinomi. Techniškai tobula branduolinė energetika būtų ekologiškai viena
pačių švariausių ir saugiausių iš visų didžiųjų energetikų. Tačiau visiškai
tobulų realių technologijų nebūna, bet kokia technika genda, ją reikia
prižiūrėti, taisyti. Vakarų Europos ilgametis patyrimas rodo (ten kai kurių
reaktorių amžius yra apie 30 metų), kad dabartinė branduolinė energetika
gali būti pakankamai saugi.
Kituose kontinentuose daugiausia branduolinės energijos gamina
irgi labiausiai išsivysčiusios pramoninės šalys: JAV (per 100 energetinių
reaktorių), Japonija (per 50), Kanada (per 20), Pietų Korėja (16). JAV buvo
viena tokia atominės elektrinės avarija, kai reikėjo evakuoti gyventojus
(Three Miles Island elektrinėje, 1979). Kartu su vėliau įvykusia Černobylio
katastrofa (1986), ji padidino dėmesį branduolinės energetikos saugumui ir
kartu su pasikeitusia padėtimi energijos šaltinių rinkoje pristabdė jos
plėtotę.
Vienas girdimas branduolinės energetikos oponentų argumentas yra
pavojingo žemės drebėjimo grėsmė. Nesiimu diskutuoti, nes tokios grėsmės
tikimybė nežinoma. Tačiau ankštai gyvenamoje Japonijoje, kur žemės
drebėjimai yra kasdienybė, 18 branduolinių elektrinių su pusšimčiu
reaktorių sėkmingai gamina 30% visos šaliai reikalingos elektros energijos,
be to, projektuojami nauji reaktoriai. Nors Japonija yra vienintelė
branduolinius bombardavimus patyrusi pasaulio šalis, kuri visada atsimins
jų pasekmes, skiriama, kada branduolinė energija yra blogis, o kada gėris,
ir mokama tuo gėriu naudotis ne tik elektros energijai gaminti: plačiai
naudojamos įvairios branduolinės technologijos, medicinos įstaigose gausu
moderniausių branduolinės medicinos prietaisų. Nors JJaponijoje reakcija
prieš pasaulyje vykdytus branduolinių sprogdinimų bandymus visada buvo ypač
stipri, branduolinė energetika ir sprogdinimai nėra tapatinami.
Diferencijuotas ir realus branduolinės energetikos naudos ir pavojų
vertinimas atspindi vyraujantį supratimą, kad branduolinė energetika
Japonijos gerovei yra būtina. Visa tai remiasi ganėtinai aukštu gyventojų
šios srities švietimo lygiu, pasitikėjimu reaktorių kūrėjais, atominėmis
elektrinėmis ir jų personalu.
Buvusios socialistinės Vidurio ir Pietryčių Europos šalys –
atskiras branduolinės energetikos regionas. Ten daug senų rusiškų
reaktorių. Energijos ištekliais neturtingose regiono valstybėse branduolinė
energetika yra labai svarbi. Ją turi daug šalių – Čekija, Slovakija,
Vengrija, Rumunija, Slovėnija, Bulgarija. Rumunija branduolinės energetikos
šalimi tapo tik per paskutinįjį penkmetį, o Bulgarijos branduolinė
energetika (6 reaktoriai) yra viena seniausių. Radionuklidai, prasiskverbę
iš jos Kozlodujaus atominės elektrinės pirmųjų reaktorių, dažnai būdavo
aptinkami Dunojuje, tad tarptautiniai fondai suteikė finansinę paramą, kad
Bulgarija pasirengtų seniausius reaktorius uždaryti. Ištikus krizei,
visuomenės požiūris į branduolinę energetiką radikaliai pasikeitė: geriau
net rizikuoti, negu pusbadžiu gyventi tamsoje ir šalti. Susidarė
konfliktinė situacija: dešimtys milijonų gautosios pagalbos dolerių buvo
panaudoti seniesiems reaktoriams modernizuoti ir jų saugumui didinti, ir
Bulgarija nenori jų uždaryti.
Kita šalis, tolima Armėnija, turėjusi vieną seniausių atominių
elektrinių su pirmaisiais energetiniais reaktoriais, po katastrofiško žemės
drebėjimo (1988 m.) ją skubotai uždarė, tačiau po kelerių metų šaltis ir
tamsa privertė imtis ją atgaivinti.
Branduolinės energetikos saugumas vis labiau siejasi ne tiek su
pačių elektrinių saugiu darbu (tai priklauso nuo
jų techninio lygio ir
darbuotojų kvalifikacijos), o su branduolinio kuro “degimo” pelenais –
labai aktyviomis radioaktyviosiomis atliekomis, kurių kaupiasi milžiniški
kiekiai. Kol kas energetikos atliekos pasaulyje sudaro tik nedidelę dalį
tų, kurias per pusę amžiaus pagamino karinė branduolinė pramonė, bet jų
sparčiai daugėja. Tik maža jų dalis perdirbama išskiriant susidariusį
antrinį branduolinį kurą (dabar neapsimoka). Radioaktyviosios atliekos turi
būti saugiai sandariai laikomos, kad radioaktyviosios medžiagos nepasklistų
aplinkoje. Atvėsęs (kai suskyla trumpaamžiai radioaktyvūs nuklidai)
naudotasis branduolinis kuras su likusiomis lėtai skylančiomis
radioaktyviosiomis medžiagomis turi būti saugiai laikomos tam specialiai
įrengtose požeminėse saugyklose, kkad kada nors (kai apsimokės) jį būtų
galima paimti ir perdirbti, arba patikimai “palaidojamas”.
Techniniai sprendimai, kaip tai daryti, yra daugmaž žinomi, daug
jų įgyvendinama, tačiau reikalingi dar ekonominiai ir politiniai
sprendimai: niekas nenori radioaktyviųjų atliekų priimti, patikimiausios jų
“amžino” saugojimo ir palaidojimo technologijos yra brangios. Kai kurios
šalys naudotą branduolinį kurą iš kitų valstybių priima komerciniais
pagrindais. (Teko neseniai matyti skaičius – Anglija sutiko priimti jį iš
JAV energijos kompanijų kartu su 1 milijono dolerių mokesčiu už toną. JAV
Nevados valstijoje po Jukos kalnu įrengiama didelė saugykla, oo valstija
siekia išsiderėti iš to sau kaip galima didesnės naudos). Daug kur
apsiribojama laikinais sprendimais – laikinu saugojimu specialiuose
konteineriuose. Prie branduolinių elektrinių įrengiamos aikštelės su
tokiais konteineriais. Tokia aištelė auga ir prie Ignalinos AE. Naudoto
branduolinio kuro kasečių joje jau daugiau, negu veikiančiųjų rreaktorių
viduje. Reaktorius uždarius visa tai niekur nedings.
Uždaryta atominė elektrinė taptų iš tikrųjų monstru, siurbiančiu
šalies lėšas ir neduodančiu jokios naudos.
Ne iki galo išspręstos radioaktyviųjų atliekų ilgalaikio
izoliavimo nuo aplinkos problemos dabar yra tarsi branduolinės energetikos
“Achilo kulnas”. Be to, raskime kitą žmonių veiklos sritį, kur būtų
duodamos tūkstančio ar milijono metų trukmės garantijos.
Kategoriškiausias branduolinės energetikos priešininkų argumentas
– kad ji nesuderinama su žmonių prigimtimi: terorizmas, diversijos, karai
gali pirmiausia branduolinę energetiką turinčias šalis paversti
radioaktyviomis kapinėmis. Tai jau filosofiniai klausimai. Tokia grėsmė
tikrai yra. Tenka pasikliauti tuo, kad žmogus yra protinga visuomeninė
būtybė ir to išvengs. Panašiai, kaip kad nesprogdins aukščiau miestų
esančių didelių hidroelektrinių užtvankų ir nesiims kitokios pražūtingos
veiklos.
Branduolinė energetika šiandien yra stambi pasaulio ūkio šaka,
veikianti komerciniais pagrindais, konkuruojanti su kitomis energijos
gamybos šakomis. Todėl ekonominė kkonkurencija negali nebūti priešiškumo ir
propagandos prieš ją priežastimi, kokiais argumentais tas priešiškumas
bebūtų grindžiamas. Tačiau paplitusi jos baimė turi ir gilesnes šaknis –
psichologines, etines ir istorines. Prieš jos pavojų grėsmę žmogus jaučiasi
bejėgis, kokia maža tų pavojų rizika bebūtų. Ne taip, kaip imdamasis
kitokios pavojingos veiklos, tarkim, sėsdamas prie automobilio vairo.
Istoriškai taip susiklostė, kad branduolinė energija pirmiau buvo
panaudota kariniams tikslams, masinio naikinimo ginklams, o tik po to
energetikai kurti. Nors galėjo būti ir atvirkščiai. Karinis naudojimas lėmė
didelį šios srities veiklos slaptumą, dažnai nepateisinamą iir net
nusikalstamą. Net aplinkos radiacija būdavo paslaptis. Visa tai, kartu su
asmenine ar artimųjų patirtimi (karo tarnyba atominiuose povandeniniuose
laivuose, Černobylis ir pan.), informacijos stoką pakeičiančiais gandais,
formavo įtarumą ir nepasitikėjimą viskuo, kas susiję su žodžiais atomas,
branduolys, radioaktyvumas, radiacija. Buvo tarsi pamirštama, kad atomai –
tai paprasčiausiai dalelės, iš kurių susideda viskas. Ką jau kalbėti apie
tokias žinias, kad radioaktyvi yra visa mūsų aplinka, kad radioaktyvūs
esame ir visada buvome ir mes patys, kad žmogų visada veikė radiacija (tai
jam gal net būtina), o pavojingumas ar nepavojingumas priklauso tik nuo jos
kiekio.
Branduolinė energetika, veikianti tais pačiais principais kaip
dabar, XXI a. pirmaisiais dešimtmečiais pasaulyje liks viena stambiausių
energijos gamybos šakų. Palengva augs alternatyvių (atsinaujinančių)
energijos šaltinių vaidmuo, taip pat ir Lietuvoje. Manau, kad nebūsiu labai
originalus sakydamas, kad Lietuva šalies ir Ignalinos AE susikaupiančias
problemas gali spręsti tik planuodama statyti elektrinės teritorijoje naują
reaktorių, ugdydama specialistus ir kurdama šalyje atitinkamą mokslinę
techninę kultūrą, kartu ruošdamasi naujoms XXI a. tolimesniais
dešimtmečiais į Lietuvą atkeliausiančioms energijos gamybos technologijoms,
tarp kurių vargu ar gali nebūti ir branduolinių.
Vėjo energija
Esama situacija. Siekiant pagerinti gamtosaugines sąlygas, Vakarų
Europos šalyse (Danija, Vokietija, Olandija ir t.t.) plačiai naudojama vėjo
energija. Šiuolaikinėse jėgainėse vėjo energija verčiama į elektros
energiją, kuri naudojama buityje, o perteklius atiduodamas į tinklą. UAB
„Vėjas“ 1991 m suprojektavo pirmąją vėjo jėgainę Lietuvoje, kuri bbuvo
pastatyta Prienų rajone. Po to įsikūrė UAB „Jėgainė“, kuri tęsė šį darbą.
Buvo suprojektuotos kelios 60 kW galios jėgainės, viena iš jų pastatyta
Kaune. Klaipėdos technikos universitete buvo suprojektuota 10 kW galios
vėjo jėgainė, kuri pastatyta Klaipėdos rajone. Visų šių suprojektuotų ir
pastatytų vėjo jėgainių darbas nebuvo sėkmingas. Iškilo visa eilė techninių
problemų dėl vėjo jėgainių efektyvumo, jų darbo patikimumo ir t.t. Šių
problemų sprendimui buvo būtini vėjo energijos klimatiniai tyrimai, žinios
apie vėjo energijos pasiskirstymą priklausomai nuo vėjo greičių profilių ir
kt. Šie uždaviniai sėkmingai sprendžiami Danijoje, Vokietijoje, Austrijoje
ir kitose šalyse. Mūsų šalyje tokie tyrimai neatliekami.
Lietuvoje, įsisavinant vėjo energiją, atliktas pirminis vėjo energijos
išteklių įvertinimas, naudojant meteorologinių stočių daugiamečius
duomenis, sudarytos jų skaičiavimo metodikos. Tyrimai rodo, kad vėjo
energijos panaudojimas mūsų šalyje galimas ir ekonomiškai pateisinamas.
Tačiau paminėtų problemų sprendimui būtini fundamentiniai tyrimai,
užtikrinantys vėjo jėgainių efektyvų darbą ir aptekamų konstrukcijų
patikimumą. Vakarų Europoje, o taip pat ir mūsų šalyje prieš pradedant
statyti vėjo jėgaines, privaloma ne mažiau kaip 6-12 mėnesių laikotarpyje
duotame regione atlikti vėjo energijos parametrų matavimus su tam tikslui
skirta aparatūra. Tai leidžia tinkamai parinkti vėjo jėgainių agregatus,
sudaryti jų darbo grafiką, prognozuoti energijos išdirbį, nustatyti
ekonominius rodiklius. Taip pat būtina ištyrinėti vėjo parametrų kitimą,
gūsių susidarymą, vėjo greičio profilius, atsižvelgiat į žemės paviršiaus
šiurkštumą ir teritorijos užstatymo laipsnį, bei vėjo srautų susidarymą už
gamtinių ir urbanistinių kliūčių.
Ar pasitelksime saulės energiją?
Tik truputį daugiau kaip per 8 minutes saulės spinduliai,
nuskrieję 150 milijonų kilometrų, pasiekia žemės paviršių. Didžiąją dalį
saulės spindulių sudaro trumposios (bangų ilgis 0,3 – 3,0 mm)
elektromagnetinės bangos. Apie 35 proc. šios energijos Žemė atspindi atgal
į kosmosą, o likusioji dalis sunaudojama žemės paviršiui šildyti,
išgarinimo-kondensacijos ciklui, bangoms jūrose, oro ir vandenynų srovėms
bei vėjui atsirasti. Lietuvoje vidutinis metinis spindulinės energijos
kiekis, krentantis į horizontalų paviršių, yra apie 1000 kWh/m2. Per parą į
horizontalų 1 m2 paviršių tokios energijos kiekis birželio mėnesį siekia
5,8 kWh, o sausį 0,55 kWh. 1840-1900 val. per metus saulė šviečia pajūryje,
o šalies rytiniame pakrašty tik 1700 valandų.
Energetika, pagrįsta atsinaujinančiais energijos šaltiniais, jų
tarpe ir saulės, yra reali ir perspektyvi. Pasipriešinimas branduolinės
energijos naudojimui kasdien didėja, organinio kuro ištekliai labai
netolygiai išsidėstę pasaulyje, o Lietuvoje jų beveik nėra. Todėl naudoti
saulės energijos įrenginius yra būtina. Vienas paprasčiausių būdų – saulės
viryklių ir krosnių naudojimas maistui gaminti. Daugelyje pasaulio vietovių
saulės gėlintuvais gėlinamas vanduo, saulės džiovyklose džiovinami įvairūs
maisto produktai.
Dabar saulės energija daugiausia paverčiama šiluma ir elektra.
Pasaulyje ir Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama
vandeniui ir pastatams šildyti. Panagrinėkime, kaip saulės energiją galima
versti į šiluminę. Pagrindinis šiam reikalui skirtas įrenginys yra saulės
kolektorius. Visi saulės kolektoriai turi bendrą elementą – šilumą
sugeriančią plokštę – absorberį arba tūrinį šilumos
kaupiklį. Šilumos
nešėjas gali būti skystis ar oras. Pagal pasiekiamą temperatūrą saulės
kolektoriai skirstomi į žemos, vidutinės ir aukštos temperatūros.
Kolektoriai gali būti fokusuojantys ir plokšti. Fokusuojančiuose
saulės kolektoriuose saulės spinduliai patenka į išgaubtą veidrodinį
paviršių, nuo kurio atsispindėję koncentruojasi ant absorberio su šilumos
nešėju ir sušildo jį iki vidutinių ir aukštų temperatūrų.
Plačiai paplitę kilnojami saulės kolektoriai. Jų paprasta
konstrukcija, nesudėtinga gamyba, naudojamos nebrangios medžiagos.
Švedijoje daugiau kaip 200 000 m2 saulės kolektorių džiovina daržinėse
sukrautas gėrybes.
Tą patį galima pasakyti ir apie medienos džiovinimą, nes
paprastai nukirstas aapvalus miškas laikomas atvirose miško aikštelėse, kur
natūraliai padžiovinamas ir parduodamas vartotojams. Tačiau neretai
vartotojui patenka ir šviežiai nukirsta mediena, kurios drėgmė yra apie 50
procentų. Medieną galima būtų džiovinti saulės džiovyklose. Jos turėtų būti
įrengtos iš pigių vietinių statybinių medžiagų, paprastos konstrukcijos,
lengvai surenkamos ir išardomos.
Po pirmosios energetinės krizės Europos Sąjungos šalyse
suintensyvėjo saulės energijos naudojimas. 1980 m. saulės kolektorių plotas
jau siekė 300 000 m2. Šiuo metu jis viršija 3,3 mln. m2.
Pagrindinė Europoje gaminamų saulės kolektorių (apie 90 proc.)
paskirtis yra šildyti vandenį. Kolektorių ssistemos gali paversti šiluma nuo
35 proc. iki 45 proc. visos gaunamos per metus saulės energijos. Sistemos
efektyvumas labai priklauso nuo kolektoriaus tipo, temperatūros skirtumo
tarp kolektoriaus ir aplinkos, saulės spinduliuotės, sistemos vamzdynų,
izoliacijos ir šilumos akumuliavimo galimybių.
Saulės energija naudojama ir pastatų šildymo ssistemose, kurios
skirstomos į pasyviąsias, aktyviąsias ir mišrias. Bet kokia šildymo sistema
turi įvykdyti tris pagrindines funkcijas: sugerti ir paversti saulės
radiaciją šiluma; akumuliuoti šilumą, nes saulės radiacija nepastovi, per
parą kinta; paskirstyti šilumą, t.y. tiekti norimą kiekį šiluminės
energijos į šildymo zonas.
Geoterminiai energijos šaltiniai
Geoterminė, žemės šilumos energija, slypinti Žemės gelmėse ir
sukelianti įvairius geologinius procesus – nuolatinius Žemės plutos
svyravimus ir tektoninių plokščių judėjimą, ugnikalnių išsiveržimą, žemės
drebėjimus, geizerių susidarymą ir kitus globalinius, regioninius ir
lokalius reiškinius. Planetos mastu tai milžiniškas energijos kiekis, daug
kartų didesnis už bendrus akmens anglių, naftos, dujų ir urano (atominė
energija) išteklius.
Geoterminės energijos šaltinis yra Žemės viduje. Šis negęstantis
Hefaisto žaizdras yra nuolatos kurstomas radioaktyviųjų elementų (urano,
torio, radžio ir kt.) skilimo energija iš vidaus ir Saulės energija iš
viršaus. Tai ir yra geoterminės energijos nneišsenkamumo, atsikūrimo
prielaidos. Ši energija egzistuos tol, kol egzistuos pati Žemė bei visa
Saulės sistema.
Ar galima nors iš dalies ją nukreipti žmonėms naudinga linkme? Be
abejo, taip. Valstybės, kurios sugeba naudotis neišsenkama Gamtos dovana,
jau dabar pakėlė savo ekonomiką, žmonių gyvenimo lygį, sukūrė sveiką,
švarią aplinką. Viena iš jų yra Islandija, artima ir brangi Lietuvai savo
dvasia ir siekiais valstybė. Islandijoje yra aukščiausias pasaulyje metinis
energijos suvartojimo lygis vienam gyventojui – 379 GJ (Lietuvoje 1995 m.
buvo 50,8 GJ). Islandijos energijos suvartojimo balansas atrodo taip: 48,5
proc. geoterminė eenergija, 16,5 proc. hidroenergija, 32,1 proc.
importuojama nafta ir 2,9 proc. anglys. Nafta daugiausia naudojama
transportui (automobiliams, laivams, lėktuvams). Oponentai tuojau ims
prieštarauti, sakydami, kad Islandijai tereikia ranką ištiesti ir pasiimti
šilumą. Tai tiesa. Ten geologinės sąlygos kur kas palankesnės negu
Lietuvoje. Bet ir mūsų šalies bet kurioje vietoje kiekvienas šilumos
vartotojas gali rasti būdų, kaip pritaikyti Žemės energiją savo reikmėms.
Šiuolaikinės techninės ir technologinės galimybės sudaro prielaidas
panaudoti plataus diapazono žemas temperatūras. Naujos kartos šilumos
siurbliai atveria dideles galimybes pasinaudoti alternatyvių energijos
šaltinių teikiamais privalumais.
Geologai kartu su energetikais gali centralizuotiems ir
individualiems vartotojams pasiūlyti komfortą teikiantį Žemės sukauptą
energijos šaltinį. Tai energija, kuri yra: ekologiška; nuolatos
atsikurianti; visur esanti ir teikianti daugybę variantų; nepriklausoma nuo
tiekėjų; nepriklausoma nuo sezoniškumo; nedarkanti kraštovaizdžio;
neturinti eksploatavimo problemų, pvz., vamzdžių korozijos, vandalizmo
atvejų, teršimo, užšalimo; nebrangstanti ir neturinti transportavimo
išlaidų; suteikianti vartotojui autonomiškumą (tai ypač vertinama
Šveicarijoje).
Nauji energetinio kuro gamybos būdai
Nenumaldomai mažėja Žemės gelmių neatsikuriantys energetiniai
ištekliai – akmens anglys, nafta, dujos. Maždaug nuo 1968 m. pasaulyje buvo
labai švaistomos šios energetinės žaliavos. Vakarų Europoje energija buvo
gaunama sunaudojant 70 proc., Japonijoje – 90 proc. naftos. Prognozuojama,
kad dar šiuolaikinės žmonių kartos gyvenime bus labai išeikvoti naftos ir
gamtinių dujų ištekliai. Todėl vis intensyviau ieškoma atsikuriančių
žaliavų ir energijos šaltinių. Tokie šaltiniai – tai aukštesnieji ir
žemesnieji augalai, saulės energiją paverčiantys cheminių junginių
energija. Todėl visame ppasaulyje ieškoma būdų augalų biomasei paversti kuru
ir organinės sintezės produktais.
Saulės energijos ištekliai dideli. Į Žemės rutulio paviršių
patenka apie 5.10 20 kkal Saulės energijos per metus. Tai daugiau nei 10
000 kartų pranoksta pasaulinį energijos, gaunamos deginant iškastines
žaliavas (naftą, akmens anglis ir dujas). Todėl globaliniu mastu Saulės
energija galima aprūpinti dabartinę ir būsimąsias žmonių kartas energijos
ištekliais.
Pastaraisiais dešimtmečiais buvo atlikta daug fundamentalių darbų tiriant
energijos transformavimą fotosintezės metu. Tai viena svarbiausių
biofizikos mokslo sričių.
Tyrimais atskleista, jog natūrali globalinė fotosintezė yra labai
nesparti – sudaro tik 0,1-0,3 proc. teorinio lygio. Ją riboja ne šviesos
srauto apimtis, o kiti veiksniai, būtent: anglies dioksido koncentracija,
drėgmė, mineralinių druskų cheminė sudėtis ir jų kiekis, temperatūra.
Tačiau laboratorinėmis sąlygomis buvo gautas didelis fotosintezuojančiųjų
sistemų aktyvumas. Biologinių energijos sistemų sukūrimas ir panaudojimas
kurui gaminti padengtų 8–15 proc. energijos gamybos išsivysčiusiose šalyse
ir taptų energetikos pagrindu besivystančiose šalyse. Jau dabar augalų
biomasė JAV sudaro apie 2 proc. kasmetinio energijos sunaudojimo. Ta
energija prilygsta 7 proc. importuojamos naftos arba 65 proc. atominių
elektrinių gaminamos energijos.
Todėl viena aktualiausių ateities mokslo ir gamybos problemų, be
baltymų išteklių paieškų, yra energetinė. Seniausias ir geriausiai žinomas
energetinio kuro šaltinis yra etilo alkoholis. Todėl atkreiptas dėmesys į
galimybę vietoj benzino panaudoti etilo spiritą. Etilo spiritas, kaip
variklių kuras, buvo pradėtas naudoti jau po Pirmojo pasaulinio karo, o
Antrojo pasaulinio karo metu iiki 1943 m. jo sunaudojimas Europoje, ypač
Vokietijoje, padidėjo iki 700 mln. galonų. Jau dabar JAV į automobilių
benziną primaišoma 10 proc. , o Brazilijoje – 20 proc. etilo spirito.
Brazilijoje pasitelkus mieles spiritas varomas iš cukrašvendrių. 1982 m. jo
šitaip buvo pagaminta 3,8 mlrd. litrų. Taip buvo sumažintas naftos importas
už 4 mlrd. dolerių. Manoma, kad kurui naudoti spiritą apsimokės, nes iš jo
gaunama šilum nė energija sudaro 98 proc. pradinės energijos. Tiktai iškyla
uždavinys, kaip pigiau gaminti spiritą.
Be pigių nemaistinių žaliavų naudojimo, ieškoma mikroorganizmų,
kurie etilo spiritą produkuotų ekstremaliomis sąlygomis, būtent: termofilų
aukštoje temperatūroje (80-90oC), labai rūgščioje terpėje (acidofilų) (pH
1,5), halofilų ir osmofilų, galinčių “darbuotis“ terpėje esant didelei
NaCl, spirito ir kitų metabolizmo produktų koncentracijai.
Be etilo spirito, atliekami tyrimai, kaip variklių kurui naudoti
butanolį ir acetoną, gaunamus mikrobinės fermentacijos būdu.
Kaip energetinis kuras vis plačiau naudojamas metanas. Be
natūralių šaltinių Žemės gelmėse, siūloma jį gaminti pasitelkus
anaerobinius mikrobus iš pramonės gamybos ir buitinių atliekų, turinčių
sudėtingų organinių junginių (celiuliozės, baltymų, peptidų, nukleino
rūgščių, riebalų ir kt.). Metanogeniniai mikroorganizmai iki 90-95 proc.
minėtųjų anglies junginių paverčia metanu. Neišsenkamas žaliavos šaltinis
metano dujoms gaminti yra buitinės šiukšlės, buitiniai ir pramoniniai
nutekamieji vandenys, turintys daug organinių medžiagų, gyvulininkystės ir
paukštininkystės kompleksų fekalijos ir atliekos.
Organinių junginių anglį metanu paverčia obligatiškai anaerobinės
metaninės bakterijos, priskirtos Methanobacteriaceae šeimai.
Metaninės bakterijos gamtoje
plačiai paplitusios, todėl jų daug
yra minėtuosiuose substratuose. Susmulkinti ir atskiesti vandeniu jie
supilami į fermenterius, vadinamuosius metantankus, kuriuose vyksta
savaiminis metaninis rūgimas, iš pradžių veikiant mezofilinėms (30-40oC),
vėliau termofilinėms (52-55oC) bakterijoms. Daugiau ir greičiau biologinių
dujų galima gauti termofilinio metaninio rūgimo metu. Tuo tikslu
metantankuose palaikoma apie 55oC temperatūra. Taip iš 1 tonos organinių
atliekų galima gauti nuo 200 iki 600 m3 dujų, turinčių 50-85 proc. metano
ir 15-50 proc. anglies dioksido. Biologinių dujų metano koncentracija
priklauso nuo žaliavos cheminės sudėties.
Apskaičiuota, kad iš 150 000 gyventojų miesto aatliekų (atmatų)
per metus galima gauti 2 mln. m3 dujų. 1 m3 tokių dujų prilygsta 1,3 kg
mazuto, sunaudoto elektros šiluminei energijai gaminti.
Mikrobiologiškai perdirbant organines atliekas į biologines
dujas, galima iš dalies išspręsti 3 labai svarbias problemas: 1) ekologinę
(gamtinės aplinkos apsaugos nuo teršimo); 2) maisto (gerų organinių trąšų
gamybos) ir 3) energetinę (metano gamybos).
Biologinės dujos (metanas), gaminamos sanitariniuose metantankuose jau nuo
1895 m., vartojamos D.Britanijos miestų gatvėms apšviesti. JAV galima
perdirbti į dujas 372 mlrd. tonų atliekų. Šios dujos sudaro 1,9 proc. JAV
energijos sunaudojimo. Biologinės ddujos, gaminamos JAV iš gyvulininkystės
atliekų, sudaro 18 proc. natūralių dujų sunaudojimo.
Daug dėmesio metanui gauti pasitelkus metanines bakterijas
skiriama kai kuriose besivystančiose šalyse. Jau nuo 1978 m. Indijoje veikė
apie 30 000, Kinijoje – apie 7 mln. metantankų. Kinijoje biologinis metanas
sudaro apie 330 proc. visos sunaudojamos energijos.
