Pasaulio energetika XXI a. pradzioje

Pasaulio energetika XXI a. pradžioje

2004

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 jos 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 produkcija, 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 ir 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 ir 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 planetos 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, pasižymintis 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 ekstensyvi 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 energijos 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 būti 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, vėjo 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 panaudoti 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 įgyvendinti 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 Japonijoje 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, kad 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, o 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 reaktorių 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 konkurencija 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 ir 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 buvo 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 apvalus 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 sistemos 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 sistemose, 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 neišsenkamumo, 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 energija, 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 pasaulyje 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 iki 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 atliekų (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 dujos, 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 30 proc. visos sunaudojamos energijos.