Ενέργεια από τη Βροχή και τον Άνεμο
ΕΚΤΟΣ από τις απ’ ευθείας μεθόδους εκμεταλλεύσεως της ηλιακής ενέργειας, υπάρχουν πολλοί τρόποι να την δεσμεύσωμε εμμέσως. Το τρεχούμενο νερό χρησιμοποιείται πάνω από 1000 χρόνια για να γυρίζη μύλους που αλέθουν σπόρους, για πύκνωσι υφασμάτων, ανύψωσι νερού και πολλούς άλλους σκοπούς. Το νερό επιστρέφει από τη θάλασσα στα νερά του ποταμού με τη φυσική διαδικασία της εξατμίσεως και της βροχής, κι’ όλα αυτά αντλούν ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι, συνεχώς ανανεώνεται και είναι μια αξιόπιστη πηγή κάθε χρόνο.
Η κατασκευή φραγμάτων σε μικρά και μεγάλα ποτάμια έχει προμηθεύσει τα μέσα για μια συνεχή παραγωγή ενέργειας όλες τις εποχές, για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Σε μερικές χώρες, το τρεχούμενο νερό είναι τόσο άφθονο ώστε αποτελεί την πιο σημαντική πηγή ενέργειας. Η Νορβηγία παίρνει σχεδόν όλη της την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Σε παγκόσμια κλίμακα, σε σύγκρισι με άλλες πηγές ενέργειας, αυτή είναι λιγότερο σημαντική. Μόνο το 5 τοις εκατό της παγκόσμιας καταναλώσεως ενέργειας είναι υδροηλεκτρική. Σε πολλά μέρη του κόσμου, μεγάλο μέρος των δυνατοτήτων για ενέργεια από ύδατα έχει ήδη επιστρατευθή και δεν μπορεί να προστεθή πολύ ακόμη για να ικανοποιηθή η αυξανόμενη ζήτησις ενέργειας.
Ο ανεμόμυλος είναι ένας άλλος πανάρχαιος τρόπος λήψεως ενέργειας από το περιβάλλον. Κι’ αυτός, επίσης, εξαρτάται από τον ήλιο, διότι αυτός δημιουργεί τον καιρό και τις κλιματολογικές διαφορές που καθορίζουν την κατεύθυνσι και ισχύ του ανέμου.
Οι ανεμόμυλοι αποτελούσαν ένα οικείο χαρακτηριστικό σε πολλά μέρη του κόσμου. Οι γραφικοί ανεμόμυλοι της Ολλανδίας αντλούσαν νερό από χαμηλές επιφάνειες που ήσαν κλεισμένες με αναχώματα. Τον 18ο αιώνα, παρείχαν επίσης ενέργεια για πριονιστήρια, ακονιστήρια και για ακμάζοντα βιομηχανικά κέντρα. Εκατομμύρια ανεμόμυλοι κάποτε σημάδευαν τις πεδιάδες των κεντρικών και δυτικών Ηνωμένων Πολιτειών. Εχρησιμοποιούντο κυρίως για να αντλούν νερό από πηγάδια, αλλά και σαν πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τον 20ό αιώνα, οι ανεμόμυλοι αντικαταστάθηκαν κατά μέγα μέρος από βενζινομηχανές.
Αλλά, τώρα, που το πετρέλαιο χάνει την κυριαρχική του θέσι, η αιολική ενέργεια τείνει ν’ ανακτήση τη δημοτικότητά της. Αυτό που δίνει ώθησι στο ανανεωμένο ενδιαφέρον, είναι η αναγνώρισις ότι οι δυνατότητες του ανέμου είναι πολύ μεγαλύτερες απ’ ό,τι είχε πιστευθή. Ένας επιστήμων του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, σε μια πρόσφατη εκθεσι, ισχυρίζεται ότι, σε παγκόσμια βάσι, όλες οι ενεργειακές ανάγκες του ανθρώπου θα μπορούσαν να καλυφθούν πάνω από 20 φορές με ενέργεια μόνο από τον άνεμο. Ακόμη και στις Ηνωμένες Πολιτείες, αν ο άνεμος τύχαινε πλήρους εκμεταλλεύσεως, θα μπορούσε να δώση ενέργεια αρκετή ώστε να καλύψη το 75 τοις εκατό της χρησιμοποιούμενης ενέργειας σήμερα. Σε πολλά μέρη, η ενέργεια που περικλείει ο άνεμος, ισοδυναμεί κατά μέσο όρο με την ενέργεια του ηλιακού φωτός.
Υπάρχει μεγάλη ποικιλία στον τύπο των μηχανών που σχεδιάζονται και δοκιμάζονται για την παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο. Υπάρχουν έλικες με δύο ή τρία πτερύγια, που προσαρμόζονται σ’ αυτό που μοιάζει σαν μικρό αεροπλάνο χωρίς φτερά, στην κορυφή ενός ψηλού πύργου. Μια τέτοια μηχανή με πτερύγια 19 μέτρων (63 ποδών) παράγει τώρα μέχρι και 200 κιλοβάττ, ισχύ αρκετή για να καλύψη το ένα έκτο των 1.300 σπιτιών στο Κλέυτον του Νέου Μεξικού, όταν πνέη ο άνεμος—πράγμα που συμβαίνει στο 90 τοις εκατό του χρόνου. Το 1978, η ενέργεια κόστισε τρεις φορές όσο η ενέργεια από πετρέλαιο, αλλά αναμένεται μείωσι του κόστους με μεγαλύτερες μηχανές και μαζική παραγωγή, έστω κι’ αν στο μεταξύ η τιμή του πετρελαίου αυξάνει γρήγορα.
Παρόμοιες μηχανές δοκιμάζονται σε πολλά μέρη, και μια γεννήτρια 2000 κιλοβάττ, η μεγαλύτερη μέχρι σήμερα, κατασκευάστηκε σε μια βουνοκορφή κοντά στο Μπουν της Βόρειας Καρολίνας. Μια ομάδα ανεμόμυλων πρόκειται ν’ ανεγερθή σε μια ορεινή διάβασι όπου πνέουν άνεμοι στην κεντρική Καλιφόρνια από μια ιδιωτική επιχείρησι. Αν αποτελέση οικονομική επιτυχία, εκατοντάδες περισσότεροι θα τοποθετηθούν σε στρατηγικές τοποθεσίες.
Ένας άλλος τύπος ανεμόμυλου έχει κυρτά πτερύγια των οποίων το άνω και κάτω μέρος είναι προσαρμοσμένα σ’ ένα κάθετο άξονα. Μοιάζει λίγο με ένα γιγάντιο χτυπητήρι αυγών. Δεν χρειάζεται να στρέφεται προς τα κει που φυσάει ο άνεμος. Όπως και με άλλους τύπους, τίθεται σε λειτουργία όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι πάνω από μια συγκεκριμένη ελάχιστη, συνήθως περί τα 13 χιλιόμετρα (18 μίλια) την ώρα, μπορεί δε να πάψη να λειτουργή για να προληφθούν ζημιές όταν ο άνεμος πνέη με μεγάλη ταχύτητα.
Ωστόσο, άλλη μια ασυνήθιστη μηχανή έχει ένα σταθερό κυλινδρικό πύργο με κάθετα πτερύγια γύρω-γύρω. Αυτά ανοίγουν υπό γωνία προς την προσήνεμη πλευρά του πύργου και κλείνουν προς την υπήνεμη. Ο άνεμος που εισέρχεται στον πύργο υποχρεώνεται ν’ ακολουθήση μια ελικοειδή κίνησι και ανέρχεται σχηματίζοντας ένα μικροσκοπικό ανεμοστρόβιλο. Η μικρή πίεσις στο κέντρο του αναρροφά αέρα από το κάτω μέρος μέσω μιας τουρμπίνας με σχετικά μικρά πτερύγια που λειτουργεί με υψηλή ταχύτητα.
Και άλλα ακόμη σχέδια εφευρίσκονται και αναπτύσσονται. Το πεδίο είναι ανοιχτό για ιδέες σχετικά με τη λήψι ηλεκτρισμού από τον άνεμο, και κανείς δεν μπορεί να προβλέψη τώρα ποια απ’ όλες θα παραγάγη τελικά τη φθηνότερη ενέργεια. Έτσι, δυναμικές έρευνες συνεχίζονται σε πολλά σχέδια που συναγωνίζονται το ένα το άλλο.
Ένας παράγων που πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψιν στη σύγκρισι της αιολικής ενέργειας με άλλες πηγές είναι η αισθητική. Ένας ανεμόμυλος κάπου τυχαία μπορεί να θεωρήται γραφικός, αλλά μακρές σειρές ανεμόμυλων θα μπορούσαν ν’ αμαυρώσουν το τοπίο. Διατυπώνεται επίσης, η σκέψις ότι μπορεί να παρεμβάλλωνται στην τοπική τηλεοπτική λήψι.
Η σημερινή προοπτική είναι να επιστρέψη η αιολική ενέργεια τουλάχιστον στην προηγούμενη σπουδαιότητά της, και πιθανόν να παίξη ένα ακόμη ρόλο στο ενεργειακό θέμα. Σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, από ένα μέχρι 10 τοις εκατό της ενεργείας των Η.Π.Α. μπορεί να παρέχεται από τον άνεμο μέχρι το έτος 2000.
Εξισορροπώντας τα Υπέρ και τα Κατά
Όταν ο ήλιος δεν λάμπη, ή ο άνεμος δεν πνέη, θα παύη η παραγωγή ενέργειας από οποιαδήποτε διάταξι που εξαρτάται απ’ αυτούς τους παράγοντες. Αν αυτή αποτελή ένα επιπρόσθετο μέρος κάποιου άλλου συστήματος ενέργειας ας πούμε ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου ή κινούμενου με κάρβουνο, αυτή η διακύμανσις δεν είναι πρόβλημα. Οι χειριστές απλώς θα ρυθμίζουν την παραγωγή της κύριας γεννήτριας έτσι ώστε να καλύπτη την κυμαινόμενη ηλιακή ή αιολική ενέργεια, με τον ίδιο τρόπο που σήμερα αντιμετωπίζουν την μεταβαλλόμενη ζήτησι στη διάρκεια της ημέρας.
Για μερικούς σκοπούς, η ηλιακή ενέργεια να μπορούσε να χρησιμοποιηθή μόνη της, με βάσι τη φράσι «να ξεραίνωμε το άχυρο όσο λάμπει ο ήλιος». Αν η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιήται για να αντλή νερό σε μια δεξαμενή, ή στην ηλεκτροχημική παραγωγή αλουμινίου, ή στην παραγωγή υδρογόνου, οι διαδικασίες θα μπορούσαν να προχωρούν όταν ο ήλιος λάμπη και να σταματούν όταν δεν λάμπη.
Αλλά για πολλές χρήσεις πρέπει να βρεθή κάποιος τρόπος αποθηκεύσεως ενέργειας. Ο ηλεκτρισμός μπορεί ν’ αποθηκευθή στους συσσωρευτές, όπως κάνομε επί χρόνια στα αυτοκίνητά μας. Ωστόσο, ο αριθμός και ο όγκος των συνηθισμένων όξινων ηλεκτρικών στοιχείων που χρειάζονται για την κάλυψη των ενεργειακών απαιτήσεων ενός μέσου σπιτιού, θα ήταν ενοχλητικός και πολυέξοδος. Ευτυχώς, οι πρόσφατες έρευνες υπόσχονται νέους τύπους συσσωρευτών ξηρού ηλεκτρολύτου, που θα μπορούν ν’ αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας σε μικρό όγκο.
Αν αυτοί οι συσσωρευτές γίνουν πραγματικότητα, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα είναι πιο πρακτικά από σήμερα. Ο οδηγός θα αφήνη το αυτοκίνητό του συνδεδεμένο με την πηγή ενέργειας στο σπίτι ή στον χώρο παρκαρίσματος της εργασίας του ή εκεί που ψωνίζει. Με βελτιώσεις στα ηλιακά στοιχεία, όπως και στους συσσωρευτές, μπορεί να είναι πρακτικό να τοποθετούνται ηλιακοί υαλοπίνακες πάνω στο αυτοκίνητο, για να φορτίζωνται οι συσσωρευτές καθώς το αυτοκίνητο ταξιδεύει ή είναι παρκαρισμένο. Ένα τέτοιο αυτοκίνητο δοκιμάζεται τώρα στη Φλώριδα. Ένας εφευρέτης επιχειρηματίας στην Καλιφόρνια έχει προσαρμόσει ένα συσσωρευτή σε ηλιακά στοιχεία ακόμη και στα φτερά ενός ελαφρού αεροπλάνου, και έδειξε ότι θα πετά με ηλιακή ενέργεια.
Για μεγάλα εργοστάσια ενέργειας, μπορεί να είναι πιο πρακτικό να μετατρέπωμε την ενέργεια σε άλλες μορφές για αποθήκευσι. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθή η ενέργεια που δημιουργείται επί πλέον στις ηλιόλουστες ημέρες ή όταν φυσά άνεμος, για να αντλήση νερό ψηλά σε μια δεξαμενή. Μετά, αντιστρέφοντας τη ροή του νερού, η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθή τη νύχτα ή σε περιόδους νηνεμίας. Μία άλλη πρότασις είναι να διοχετεύεται αέρας υπό πίεσι σε φυσικούς υπόγειους χώρους. Ή θα μπορούσε ν’ αποθηκευθή μηχανική ενέργεια στην περιστροφική ορμή γιγαντιαίων σφονδύλων. Αυτή η ποικιλία ιδεών δείχνει ότι θα υπάρξουν αλλαγές στους τρόπους με τους οποίους χρησιμοποιούμε την ενέργεια, αν η ηλιακή και αιολική ενέργεια γίνουν ευρείας καταναλώσεως.
Εμφιαλωμένο Ηλιακό Φως
Η φωτοχημική παραγωγή καυσίμων με ηλιακό φως είναι ένας ακόμη τρόπος εκμεταλλεύσεως της ηλιακής ενέργειας. Μια φυσική διαδικασία αυτού του είδους είναι η φωτοσύνθεσις. Τα πράσινα μέρη των φυτών χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να κατασκευάσουν ενώσεις πλούσιες σε ενεργειακό περιεχόμενο, όπως οι υδρογονάνθρακες. Η πιο αρχαία εκμετάλλευσις ηλιακής ενέργειας από τον άνθρωπο ήταν το καύσιμο ξύλων για τη μαγειρική και τη θέρμανσι της κατοικίας του.
Με τη ζύμωσι, μια άλλη φυσική διεργασία, το οινόπνευμα μπορεί να φτιαχθή από πολλά φυτικά υλικά και να εξαχθή για να χρησιμοποιηθή σαν καύσιμο. Από 10 ως 20 τοις εκατό οινόπνευμα μπορεί ν’ αναμειχθή με βενζίνη στα αυτοκίνητα χωρίς ν’ αλλάξωμε τη μηχανή. Οι μηχανές μπορούν, επίσης, να μετατραπούν για να καίνε καθαρό οινόπνευμα. Μέχρι τώρα το οινόπνευμα ήταν πιο ακριβό από τη βενζίνη, αλλά το σκηνικό αλλάζει, και οι οδηγοί άρχισαν να χρησιμοποιούν το μίγμα που λέγεται «Γκαζοόλ». Η Βραζιλία έχει εφαρμόσει, ένα εντατικό πρόγραμμα παραγωγής οινοπνεύματος ώστε ν’ ανεξαρτητοποιηθή από τις εισαγωγές πετρελαίου. Για την εμπορική παραγωγή, πολλά είδη ταχέως αναπτυσσομένων φυτών μελετώνται σε μια έρευνα για πιο οικονομικές διαδικασίες. Τέτοιες μέθοδοι εκμεταλλεύσεως της ηλιακής ενέργειας ταξινομούνται κάτω από τον όρο «βιομάζα».
Μερικοί επιστήμονες, που βλέπουν μακρυά, θα ήθελαν να χρησιμοποιήσουν το ηλιακό φως για να διασπάσουν το νερό απ’ ευθείας σε υδρογόνο και οξυγόνο. Φυσικά, αυτό μπορεί να γίνη με ηλεκτρολυτική διάσπασι, αλλά ψάχνουν για μια φωτοχημική μέθοδο. Αυτό που χρειάζονται είναι ένας κατάλληλος καταλύτης για την αντίδρασι, κάτι που να παίζη το ρόλο της χλωροφύλλης στην παραγωγή σακχάρων από νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Αν αυτός ο τρόπος μπορέση να βρεθή, το συμπιεσμένο υδρογόνο μπορεί να φθάση να χρησιμοποιήται σαν καύσιμο αυτοκινήτων στο μέλλον.
Τέτοια καύσιμα όπως το οινόπνευμα ή το υδρογόνο, που παράγονται με ηλιακό φως, έχουν ένα μεγάλο πλεονέκτημα έναντι των υδρογονανθράκων. Δεν μολύνουν το περιβάλλον. Επί πλέον, δεν επηρεάζουν την ισορροπία του διοξειδίου του άνθρακα στη φύσι, όπως τα καύσιμα από απολιθώματα, διότι η ποσότητα που προσφέρεται κάθε χρόνο προέρχεται από την ατμόσφαιρα και επιστρέφει εκεί.
[Πρόταση που τονίζεται στη σελίδα 10]
Ένας επιστήμων ισχυρίζεται ότι όλες οι ενεργειακές ανάγκες του ανθρώπου θα μπορούσαν να καλυφθούν πάνω από 20 φορές από τον άνεμο.
[Πρόταση που τονίζεται στη σελίδα 10]
Σε μερικά μέρη η ενέργεια που περικλείει ο άνεμος ισοδυναμεί κατά μέσο όρο με την ενέργεια του ηλιακού φωτός.
[Πρόταση που τονίζεται στη σελίδα 11]
Μπορεί ν’ αποδειχθή πρακτική η τοποθέτησις ηλιακών υαλοπινάκων στην οροφή ηλεκτρικών αυτοκινήτων, ώστε να φορτίζωνται οι συσσωρευτές ενώ το αυτοκίνητο κινείται ή είναι παρκαρισμένο.
[Πρόταση που τονίζεται στη σελίδα 11]
Οινόπνευμα μπορεί να φτιαχθή από πολλά φυτικά υλικά και να χρησιμοποιηθή σαν καύσιμο· καίεται χωρίς να προκαλεί μόλυνσι
[Πλαίσιο στη σελίδα 12]
Ενέργεια Μέσα από τη Γη
Εκτός από την πυρηνική ενέργεια, υπάρχει μια άλλη πηγή ενέργειας που δεν προέρχεται από την ήλιο, ούτε τώρα ούτε στο παρελθόν. Πρόκειται για την εσωτερική θερμότητα της ίδιας της γης. Είναι από παλιά γνωστό απ’ αυτούς που κάνουν βαθειές γεωτρήσεις ότι όσο πιο βαθιά πηγαίνεις τόσο αυξάνει η θερμοκρασία. Υπάρχουν, επίσης, κατά τόπους θερμά σημεία κοντά στην επιφάνεια. Το θέαμα μιας ηφαιστειακής εκρήξεως, που εκχύνει λάβα στις πλαγιές, αποτελεί την πιο δραματική επίδειξι τούτου. Μια μικρότερη επίδειξις είναι από τα γκέιζερς, που εκτοξεύουν ατμό και βραστό νερό ψηλά στον αέρα. Πιο ήπιες ακόμη είναι οι θερμές πηγές που ελκύουν κόσμο.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η θερμότητα της γης είναι αποτέλεσμα της βαρυτικής συμπιέσεως μεταλλικών και βραχωδών υλικών από τα οποία αποτελείται. Πιθανώς όλα τα μέρη της γης έχουν βρεθή σε κατάστασι τήξεως κάποτε· ο φλοιός κρύωσε, αλλά το εσωτερικό είναι ακόμη θερμό. Η απομένουσα θερμότητα ρέει πάντα προς την επιφάνεια, ταχύτερα σε μερικά μέρη έναντι άλλων. Αυτή η πρωταρχική θερμότητα αυξάνει από την αποραδιενεργοποίησι στοιχείων όπως το κάλιο, το ουράνιο και το θόριο στον γήινο φλοιό.
Σ’ εκείνα τα μέρη όπου η γήινη θερμότητα είναι προσιτή, παρέχεται μια χρήσιμη πηγή ενέργειας. Στο Λαρντερέλλο της Ιταλίας, υπάρχουν ατμοθέρμες (στόμια εξόδου ατμού) που έχουν προσαρμοσθή σε ηλεκτρογεννήτριες από το 1904. Ένα μεγαλύτερο εργοστάσιο κοντά στο Γκέιζερβιλ της Καλιφόρνιας, παράγει άνω των 500.000 κιλοβάττ από ξηρό ατμό.
Το υπέρθερμο νερό που λαμβάνομε από ένα στρώμα θερμών βράχων είναι, επίσης, μια πηγή ατμού, όταν αντλήται με σωλήνες προς την επιφάνεια και η πίεσις εκτονώνεται. Η Νέα Ζηλανδία και το Μεξικό έχουν χρησιμοποιήσει θερμό νερό για παραγωγή ενέργειας. Το πρώτο εργοστάσιο αυτού του είδους στις Ηνωμένες Πολιτείες χτίζεται τώρα κοντά στο Αλ Τσέντρο της Καλιφόρνιας. Πρόκειται να παράγη 50.000 κιλοβάττ, και υπολογίζεται ότι ο γεωθερμικός χώρος εκεί θα επιτρέψη δεκαπλασιασμό αυτής της ισχύος.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι τόσο τεράστια που είναι πρακτικά απεριόριστη σε σύγκρισι με τις ανθρώπινες ανάγκες. Αλλά μπορεί να δεσμευθή σε σχετικά λίγα μέρη. Η εκμεταλλεύσιμη δυνατότητά της προς το παρόν είναι τελείως μικρή συγκρινόμενη με τη χιλιάδες φορές μεγαλύτερη δυνατότητα του ηλιακού φωτός και του ανέμου, που είναι διαθέσιμα σ’ όλη την γήινη επιφάνεια.